摘要： 通過闡述 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐主給水國產(chǎn)液位變送器的損壞情況，分析了鍋爐主給水系統(tǒng)高壓差液位變送器運(yùn)行過程中的損壞原因，針對 DN100 ANSI600 主給水液位變送器閥籠、閥芯的損壞情況及故障分析，提出了一種新的改進(jìn)措施。經(jīng)驗(yàn)證，新結(jié)構(gòu)解決了原閥內(nèi)件易損的情況，能夠滿足鍋爐給水系統(tǒng)液位變送器長周期、可靠運(yùn)行的要求。
0 引言
國內(nèi)某煤化工企業(yè)動(dòng)力站采用 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐為整套裝置提供蒸汽。鍋爐在運(yùn)行過程中，需要鍋爐主給水液位變送器對進(jìn)鍋爐給水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，來滿足鍋爐用水需求。可是在生產(chǎn)中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鍋爐給水系統(tǒng)中國產(chǎn)鍋爐主給水液位變送器震動(dòng)大，噪音高，內(nèi)漏大，流量控制不穩(wěn)等故障，影響鍋爐長周期、正常運(yùn)行。解體發(fā)現(xiàn)，液位變送器閥籠、閥芯局部存在氣蝕損傷，閥芯有沖刷，基材缺失，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)閥桿斷裂等現(xiàn)象。為了解決以上存在的問題，根據(jù)氣蝕、沖刷及斷裂產(chǎn)生原因，結(jié)合系統(tǒng)工藝，從液位變送器閥內(nèi)件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選擇方面進(jìn)行改進(jìn)，提出了解決和預(yù)防主給水液位變送器損壞的有效方法。
1 氣蝕產(chǎn)生的條件
根據(jù)伯努利原理表述：p+1/2ρv 2 +ρgh=C，式中 p 為流體中某點(diǎn)的壓強(qiáng)，v 為流體該點(diǎn)的流速，ρ 為流體密度，g為重力加速度，h 為該點(diǎn)所在高度，C 是一個(gè)常量。它也可以被表述為 p 1 +1/2ρv 1 2 +ρgh 1 =p 2 +1/2ρv 2 2 +ρgh，其推論為：等高流動(dòng)時(shí)，流速大，壓力就小。在鍋爐主給水系統(tǒng)中，液位變送器是節(jié)流元件，以國內(nèi)某煤化工裝置 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐為例，鍋爐給水系統(tǒng)由給水泵提供高達(dá) 17MPa 來水壓力，來水經(jīng)過主給水液位變送器（DN150 PN100）調(diào)節(jié)，閥后壓力可降至 5MPa，液位變送器前后壓差在閥門低負(fù)荷時(shí)#大達(dá)到 12MPa 以上。綜上所述，在正常運(yùn)行過程中，主給水液位變送器閥芯、閥籠節(jié)流處流速大幅度提高，壓力急劇下降。此時(shí)，如果流體經(jīng)液位變送器節(jié)流處的壓力低于汽化壓力，將產(chǎn)生氣蝕或閃蒸現(xiàn)象。在液位變送器閥芯與閥座密封副連接處，介質(zhì)流速達(dá)到#大值，但此時(shí)介質(zhì)壓力#小，當(dāng)介質(zhì)壓力低于此處介質(zhì)的飽和壓力時(shí)，介質(zhì)氣化成氣體，形成氣泡，這種現(xiàn)象就叫閃蒸。在閥座閥芯密封副之后，流道流通面積加大，介質(zhì)流動(dòng)速度開始下降，此處壓力并不能保持在飽和蒸汽壓力以下，而是隨著流速減小，壓力急劇上升，對閃蒸形成的氣泡進(jìn)行擠壓，造成氣泡破裂，破裂時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力嚴(yán)重?fù)p傷閥芯、閥籠，形成氣蝕。
2 改進(jìn)措施
通過分析閥芯、閥籠氣蝕形成的條件，可以得出，氣蝕
損壞的主要原因有：①在高壓差、高流速工況條件下，介質(zhì)在流經(jīng)閥芯、閥籠密封副時(shí)流速高、壓力急劇下降，低于此處的汽化壓力，產(chǎn)生氣蝕；②液位變送器閥內(nèi)件發(fā)生損壞是由于閥內(nèi)件材質(zhì)硬度無法抵抗氣蝕時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力。為了排除以上因素對閥門造成的損壞，可以從①降低閥芯、閥籠密封副處介質(zhì)流速，提高流出節(jié)流處的介質(zhì)壓力，不使介質(zhì)壓力低于汽化壓力，防止氣蝕的產(chǎn)生；②提高液位變送器閥芯、閥座密封副處閥內(nèi)件材質(zhì)硬度，增強(qiáng)抗氣蝕、抗沖擊的能力。在閥門設(shè)計(jì)中，減小介質(zhì)流速一般采用對介質(zhì)流道進(jìn)行“S”型流道設(shè)計(jì)，使介質(zhì)在流動(dòng)過程中受流道流向及形狀等因素影響，在流動(dòng)過程中逐步減緩流速，防止壓差急劇下降，排除氣蝕產(chǎn)生的條件。因此在實(shí)際操作中，我們將閥籠流道孔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，由之前單一的多孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)為采用多孔和串級(jí)的混合結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)見圖2），流體先經(jīng)過閥籠流量孔進(jìn)行地衣級(jí)節(jié)流，再經(jīng)過二、三級(jí)連續(xù)串級(jí)節(jié)流。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過多層流道進(jìn)行逐級(jí)減壓，允許壓差大，介質(zhì)經(jīng)每級(jí)減壓后，對閥內(nèi)件沖刷力逐級(jí)減小，可以有效避免閃蒸和氣蝕工況的產(chǎn)生，流體通道呈 S 流線型，調(diào)節(jié)精度高，液位變送器動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好，改進(jìn)后的閥籠明顯改善了之前閥門存在振動(dòng)、易受氣蝕、沖刷損壞，使用壽命短的情況。
損壞的主要原因有：①在高壓差、高流速工況條件下，介質(zhì)在流經(jīng)閥芯、閥籠密封副時(shí)流速高、壓力急劇下降，低于此處的汽化壓力，產(chǎn)生氣蝕；②液位變送器閥內(nèi)件發(fā)生損壞是由于閥內(nèi)件材質(zhì)硬度無法抵抗氣蝕時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力。為了排除以上因素對閥門造成的損壞，可以從①降低閥芯、閥籠密封副處介質(zhì)流速，提高流出節(jié)流處的介質(zhì)壓力，不使介質(zhì)壓力低于汽化壓力，防止氣蝕的產(chǎn)生；②提高液位變送器閥芯、閥座密封副處閥內(nèi)件材質(zhì)硬度，增強(qiáng)抗氣蝕、抗沖擊的能力。在閥門設(shè)計(jì)中，減小介質(zhì)流速一般采用對介質(zhì)流道進(jìn)行“S”型流道設(shè)計(jì)，使介質(zhì)在流動(dòng)過程中受流道流向及形狀等因素影響，在流動(dòng)過程中逐步減緩流速，防止壓差急劇下降，排除氣蝕產(chǎn)生的條件。因此在實(shí)際操作中，我們將閥籠流道孔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，由之前單一的多孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)為采用多孔和串級(jí)的混合結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)見圖2），流體先經(jīng)過閥籠流量孔進(jìn)行地衣級(jí)節(jié)流，再經(jīng)過二、三級(jí)連續(xù)串級(jí)節(jié)流。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過多層流道進(jìn)行逐級(jí)減壓，允許壓差大，介質(zhì)經(jīng)每級(jí)減壓后，對閥內(nèi)件沖刷力逐級(jí)減小，可以有效避免閃蒸和氣蝕工況的產(chǎn)生，流體通道呈 S 流線型，調(diào)節(jié)精度高，液位變送器動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好，改進(jìn)后的閥籠明顯改善了之前閥門存在振動(dòng)、易受氣蝕、沖刷損壞，使用壽命短的情況。循環(huán)硫化床鍋爐給水介質(zhì)是除鹽水，介質(zhì)單一，除鹽水從給水泵出口噴出，給水泵設(shè)計(jì)#高壓力可達(dá) 20MPa，通過給水泵出口電動(dòng)壓力液位變送器，將介質(zhì)壓力調(diào)節(jié)至13MPa 左右供至鍋爐主給水液位變送器。此處的管道介質(zhì)壓力較高，對鍋爐主給水閥門的閥內(nèi)件沖擊造成損害較大，此時(shí)如果液位變送器閥內(nèi)件材質(zhì)硬度不足，無法抵抗介質(zhì)沖刷，容易導(dǎo)致閥內(nèi)件沖刷，基材缺失損傷，造成閥門內(nèi)漏。通過分析介質(zhì)化學(xué)性能并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況，我們對鍋爐主給水液位變送器閥籠、閥芯、閥座進(jìn)行改進(jìn)，選用 9Cr18MoV 不銹鋼對原來的 316L 不銹鋼進(jìn)行替代。并對 9Cr18MoV 材質(zhì)進(jìn)行淬火熱處理，該材質(zhì)淬火后洛氏硬度可以達(dá)到HRC56-58，能有效抗擊高壓除鹽水的沖擊。同時(shí)，它的抗腐蝕性能也較強(qiáng)，能夠滿足該工況下閥內(nèi)件的耐腐蝕性要求。同閥芯、閥座密封副采用處堆焊鎳基合金以提高閥內(nèi)件表面硬度的工藝相比較，9Cr18MoV 的淬火后硬度高于堆焊鎳基合金不銹鋼的硬度，同時(shí)，在滿足鍋爐主給水工況的條件下，它的經(jīng)濟(jì)性更佳。
3 結(jié)論
改進(jìn)后的閥籠結(jié)構(gòu)采用三級(jí)降壓結(jié)構(gòu)，使介質(zhì)壓力逐步從#高壓力降至閥后工作壓力，破壞了氣蝕形成的條件，閥籠、閥芯的使用壽命顯著延長。閥內(nèi)件選用高強(qiáng)度不銹鋼制造，材質(zhì)進(jìn)行淬火硬化處理，硬化處理后的閥芯、閥籠、閥座表面硬度較高，材質(zhì)抗氣蝕能力增強(qiáng)，滿足了鍋爐主給水液位變送器長周期、可靠運(yùn)行的要求。
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