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簡述黑水調(diào)節(jié)角閥的氣蝕分析及改造方案

發(fā)布于:2019/9/29 10:37:01 點(diǎn)擊量:261

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)角閥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)行過一次補(bǔ)焊修復(fù)。修復(fù)后的調(diào)節(jié)角閥在運(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)格的灰水調(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)位。經(jīng)過搶修之后繼續(xù)使用的這兩臺(tái)調(diào)節(jié)角閥,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 黑水調(diào)節(jié)角閥腐蝕與氣蝕的原因分析

      造成FV-1404和FV-1405灰水調(diào)節(jié)角閥損壞的原因主要有兩個(gè),第一是腐蝕,第二是氣蝕。

      通過調(diào)節(jié)角閥的介質(zhì)是含有細(xì)灰的灰水,工作壓力7.4MPa,壓差7.26MPa,調(diào)節(jié)角閥出口壓力0.14MPa,介質(zhì)溫度為11O℃,灰水通過調(diào)節(jié)角閥恰恰處于這一溫度下的飽和蒸汽壓力附近(0.15MPa),經(jīng)過節(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9.0~9.6。而原設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)閥鑄件閥體的材料是ASTM A217 Gr-WC9,屬于一種合金結(jié)構(gòu)鋼的鑄件形式,相當(dāng)于國產(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 黑水調(diào)節(jié)角閥操作產(chǎn)生振蕩

      研究FV-1404、FV-1405的腐蝕與氣蝕現(xiàn)象與操作過程中產(chǎn)生振蕩的問題,對(duì)后來新增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,非平衡柱塞型閥內(nèi)件,4B×1-1/2:供氣壓力:250kPa;流向:流開。

      2.2 黑水調(diào)節(jié)閥有效輸出力計(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?(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(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 =  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(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,在沒有對(duì)調(diào)節(jié)角閥實(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+30×104×103?Ae

         = 9830.95 + 30×10-4×103×(33)2/4? π

         = 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)角閥的技術(shù)改造

      通過對(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)角閥選型錯(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)角閥,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)角閥。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)不平衡力,而且通過對(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 灰水調(diào)節(jié)閥改造效果及推廣應(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),無故障運(yùn)行時(shí)間達(dá)到了4個(gè)月以上。

      通過對(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,閥籠對(duì)流體在通過節(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,分階段地壓力降使閃蒸受到抑制,由于控制了流體的運(yùn)動(dòng)速率及減輕了流體的沖撞,調(diào)節(jié)角閥內(nèi)部構(gòu)件的壽命大大延長,流關(guān)式的結(jié)構(gòu)不但消除固體顆粒的危害,而且使閥門關(guān)閉更加嚴(yán)密。

      目前,F(xiàn)V-1404A調(diào)節(jié)閥、FV-1404B調(diào)節(jié)閥的無故障運(yùn)行周期至少在一年以上。



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