最初對FV-1405的改造采用了FISHER公司的657/40-3”ET籠式閥,閥體采用CFSMSSTCast材質,閥內件采用17-4PHSST及416SST材質,運行效果良好,有效地降低了氣蝕并消除了振動,無故障運行時間達到了4個月以上。通過對閥內件的仔細觀察發現,仍有少量氣蝕現象發生。換句話說,閥籠對流體在通過節流口之前,對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泵項目上,回流閥采用雙層籠式閥,分階段地壓力降使閃蒸受到抑制,由于控制了流體的運動速率及減輕了流體的沖撞,調節角閥內部構件的壽命大大延長,流關式的結構不但消除固體顆粒的危害,而且使閥門關閉更加嚴密。目前,FV-1404A調節閥、FV-1404B調節閥的無故障運行周期至少在一年以上。
第一,黑水調節角閥腐蝕與氣蝕的原因分析
造成FV-1404和FV-1405灰水調節角閥損壞的原因主要有兩個,第一是腐蝕,第二是氣蝕。通過調節角閥的介質是含有細灰的灰水,工作壓力7.4MPa,壓差7.26MPa,調節角閥出口壓力0.14MPa,介質溫度為11O℃,灰水通過調節角閥恰恰處于這一溫度下的飽和蒸汽壓力附近(0.15MPa),經過節流后閃蒸流體,在壓力恢復區氣泡炸裂,釋放出強大的能量氣蝕了閥體的內壁。
另外,洗滌水呈堿性,pH值為9.0~9.6。而原設計中調節閥鑄件閥體的材料是ASTMA217Gr-WC9,屬于一種合金結構鋼的鑄件形式,相當于國產鋼的ZG15CrMo1V鋼號,是非耐酸鋼,對堿性介質缺乏足夠的耐蝕能力,因此導致了閥體及內件的快速腐蝕。
第二,黑水調節角閥操作產生振蕩
研究FV-1404、FV-1405的腐蝕與氣蝕現象與操作過程中產生振蕩的問題,對后來新增P-1406的3號、4號泵出口回流閥的選型有很好的指導意義。
1)消防水泵設計條件
工藝介質: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;
閥關壓差:8.9MPa;
比重:0.950;
原設計調節閥型號:37-21125(執行機構隔膜的有效直徑為De=33cm,氣關閥);形式:GLOBE閥,非平衡柱塞型閥內件,4B×1-1/2:供氣壓力:250kPa;流向:流開。
2)黑水調節閥有效輸出力計算
執行機構輸出力與作用于閥內件的最大不平衡力的計算如下。
執行機構的最大輸出力Fmax:
Fmax=Ae?(Pe–Po–Pt–Pf)?10-4?103
=(33)2/4?π?[(250-20)-20-80-15]?10-4?103
=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。閥關壓差下的最大不平衡力Ft:
Ft=π/4?(dg2?△Pmax+ds2?P2)?10-4?103
=π/4?[(3.8)2?(8.9×103-0.14×103)+(1.3)2×0.14×103]?10-4?103
=9948.40(N)
式中dg——閥座通徑(cm);
ds——閥桿直徑(cm)。
根據計算,執行機構的有效輸出力Fe為:
Fe=F-Ft
=9830.95-9948.40
=-117.45(N)
根據計算,有效輸出力為負值,其結果是由于執行機構輸出力的不足,產生閥位上下振蕩。
第三,解決問題的辦法
1)提高閥門定位器的供氣壓力
為了消除閥位上下振蕩,在沒有對調節角閥實施改造的情況下,唯一的辦法是提高閥門定位器的供氣壓力,以達到提高輸出力的目的。所以,將供氣壓力提高到280kPa(凈提高量為30kPa)。此時執行機構的輸出力為:
F'=F+30×104×103?Ae
=9830.95+30×10-4×103×(33)2/4?π
=12395.545(N)
因為|F'|>|Ft|,所以閥位不會產生振蕩。
2)回流調節角閥的技術改造
通過對FV-1404和FV-1405運行狀況的論證分析,再根據計算得出的結果,可以得出原設計對FV-1404和FV-1405調節角閥選型錯誤的結論。為了增強其抵抗氣蝕與腐蝕的能力,提高調節質量與可靠性,必須實施技術改造。
籠式調節角閥,是專門針對存在氣蝕與噪聲的工況而設計的一種調節角閥。采用平衡型閥內件的籠式閥,不僅能夠有效地克服靜態與動態不平衡力,而且通過對閥籠的巧妙設計,可以把高壓差流體攜帶的能量,分級降低或抵消在籠內,減少或消滅閃蒸與氣蝕產生的條件。除此之外,合理選擇閥體及閥內件材料,達到耐蝕的目的。
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