灰水調(diào)節(jié)閥的氣蝕分析及解決措施

1、灰水調(diào)節(jié)閥的氣蝕分析及解決措施 渭化集團(tuán)公司合成氨裝置灰水處理工段于1996年元月投入試運(yùn)行，隨著1號(hào)氣化爐的投料試車而進(jìn)入了試生產(chǎn)階段。洗滌水給水槽(V1408)的灰水回流調(diào)節(jié)閥FV-1404和FV-1405在投用后不到半年的時(shí)間內(nèi)，曾于1996年5月中旬閥體被介質(zhì)點(diǎn)狀蝕穿而進(jìn)行過(guò)一次補(bǔ)焊修復(fù)。修復(fù)后的調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行了僅僅2個(gè)月之后，于1996年7月間再次被流體蝕穿，引起停車一次。經(jīng)檢查，閥體內(nèi)壁及節(jié)流元件成海綿狀，已被嚴(yán)重的腐蝕與氣蝕。為了試生產(chǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，采取了兩項(xiàng)措施：一是向日本宇部公司索賠同型號(hào)同規(guī)格的調(diào)節(jié)閥。二是對(duì)蝕壞的閥體采用超低碳不銹鋼焊條對(duì)閥體內(nèi)壁實(shí)施大面積堆焊，以最短的時(shí)間復(fù)

2、位。經(jīng)過(guò)搶修之后繼續(xù)使用的這兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)嚴(yán)重蝕壞，失去了調(diào)節(jié)作用，只能作為連通管道使用。 1 腐蝕與氣蝕的原因分析 造成FV-1404和FV-1405調(diào)節(jié)閥損壞的原因主要有兩個(gè)，第一是腐蝕，第二是氣蝕。 通過(guò)調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)是含有細(xì)灰的灰水，工作壓力7.4MPa，壓差7.26MPa，調(diào)節(jié)閥出口壓力0.14MPa，介質(zhì)溫度為11O，灰水通過(guò)調(diào)節(jié)閥恰恰處于這一溫度下的飽和蒸汽壓力附近(0.15MPa)，經(jīng)過(guò)節(jié)流后閃蒸流體，在壓力恢復(fù)區(qū)氣泡炸裂，釋放出強(qiáng)大的能量氣蝕了閥體的內(nèi)壁。 另外，洗滌水呈堿性，pH值為9.09.6。而原設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)閥閥體的材料是ASTM A217 Gr-WC9，屬于

3、一種合金結(jié)構(gòu)鋼的鑄件形式，相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)鋼的ZG15CrMo1V鋼號(hào)，是非耐酸鋼，對(duì)堿性介質(zhì)缺乏足夠的耐蝕能力，因此導(dǎo)致了閥體及內(nèi)件的快速腐蝕。 2 操作產(chǎn)生振蕩 研究FV-1404、FV-1405的腐蝕與氣蝕現(xiàn)象與操作過(guò)程中產(chǎn)生振蕩的問(wèn)題，對(duì)后來(lái)新增P-1406的3號(hào)、4號(hào)泵出口回流閥的選型有很好的指導(dǎo)意義。 2.1 設(shè)計(jì)條件 工藝介質(zhì)：灰水； 最大流量：85m3/h； 工作溫度：110； 上游壓力：7.4MPa； 下游壓力：0.14MPa； 閥關(guān)壓差：8.9MPa； 比 重：0.950； 原設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥型號(hào)：37-21125(執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔膜的有效直徑為De=33cm，氣關(guān)閥)；形式：GLOBE閥，

4、非平衡柱塞型閥內(nèi)件，4B1-1/2：供氣壓力：250kPa；流向：流開(kāi)。 2.2 有效輸出力計(jì)算 執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力與作用于閥內(nèi)件的最大不平衡力的計(jì)算如下。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸出力Fmax： Fmax=Ae(PePoPtPf)10-4103 =(33)2/4(250 -20)- 20 - 80 - 15 10-4103 = 9830.95(N) 式中 Ae表示隔膜的有效面積(m3 )； Pe表示供氣壓力(kPa)； Po彈簧啟動(dòng)壓力(kPa)； Pt彈簧范圍(kPa)； Pf填料摩擦力的等效壓力損失； 氣源管路及閥門定位器壓力損失不計(jì)。閥關(guān)壓差下的最大不平衡力Ft： Ft = /4(dg2Pmax

5、+ ds2P2)10-4103 = /4(3.8)2(8.9103- 0.14103)+(1.3)20.14103 10-4103 =9948.40(N) 式中 dg閥座通徑(cm)； ds閥桿直徑(cm)。 根據(jù)計(jì)算，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有效輸出力Fe為： Fe= F - Ft= 9830.95 - 9948.40 =-117.45(N) 根據(jù)計(jì)算，有效輸出力為負(fù)值，其結(jié)果是由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力的不足，產(chǎn)生閥位上下振蕩。 3 解決問(wèn)題的辦法 3.1 提高閥門定位器的供氣壓力 為了消除閥位上下振蕩，在沒(méi)有對(duì)調(diào)節(jié)閥實(shí)施改造的情況下，唯一的辦法是提高閥門定位器的供氣壓力，以達(dá)到提高輸出力的目的。所以，將供氣壓

6、力提高到280kPa(凈提高量為30kPa)。此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力為： F =F+30104103Ae= 9830.95 + 3010-4103(33)2/4 = 12395.545(N) 因?yàn)閨F|Ft|，所以閥位不會(huì)產(chǎn)生振蕩。 3.2 回流調(diào)節(jié)閥的技術(shù)改造 通過(guò)對(duì)FV-1404和FV-1405運(yùn)行狀況的論證分析，再根據(jù)計(jì)算得出的結(jié)果，可以得出原設(shè)計(jì)對(duì)FV-1404和FV-1405調(diào)節(jié)閥選型錯(cuò)誤的結(jié)論。為了增強(qiáng)其抵抗氣蝕與腐蝕的能力，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量與可靠性，必須實(shí)施技術(shù)改造。 籠式調(diào)節(jié)閥，是專門針對(duì)存在氣蝕與噪聲的工況而設(shè)計(jì)的一種調(diào)節(jié)閥。采用平衡型閥內(nèi)件的籠式閥，不僅能夠有效地克服靜態(tài)與動(dòng)態(tài)不

7、平衡力，而且通過(guò)對(duì)閥籠的巧妙設(shè)計(jì)，可以把高壓差流體攜帶的能量，分級(jí)降低或抵消在籠內(nèi)，減少或消滅閃蒸與氣蝕產(chǎn)生的條件。除此之外，合理選擇閥體及閥內(nèi)件材料，達(dá)到耐蝕的目的。 4 改造效果及推廣應(yīng)用 最初對(duì)FV-1405的改造采用了FISHER公司的657/40-3”ET籠式閥，閥體采用CFSM SST Cast材質(zhì)，閥內(nèi)件采用17-4PH SST及416 SST材質(zhì)，運(yùn)行效果良好，有效地降低了氣蝕并消除了振動(dòng)，無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間達(dá)到了4個(gè)月以上。 通過(guò)對(duì)閥內(nèi)件的仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，仍有少量氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。換句話說(shuō)，閥籠對(duì)流體在通過(guò)節(jié)流口之前，對(duì)流體能量的消耗能力不夠。在流體收縮斷面，部分流體的壓力仍低于工作溫度下的飽和蒸汽壓。 在1406-3泵和1406-4泵項(xiàng)目上，回流閥采用雙層籠式閥，分階段地壓力