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指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案

  • 发布日期:2023-03-28      浏览次数:563
    • 指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案

      本实用新型的目的是提供一种带指挥器的微压自力式调节阀,控制精度高,可比一般直接操作型调压阀高一倍左右;调节压差比大(如阀前0.8mpa,阀后0.001mpa),特别适合微压气体控制。带指挥器操作自力式减压阀是不需要任何外加能源,利用被调介质自身能量而实现自动调节的执行器产品。该产品采用单座阀快开流量特性调节机构,内部采用无填料、无摩擦式活动组件,介质压力稳定,调节精度高,密封性能安全可靠,在运行期间可任意对设定值进行调整等特点。因而它适用于各种工业炉燃烧系统燃料气体、石油在制品或油库贮罐保护气体(氮封)与热处理保护气体的微压自动调节等场合。

      带指挥器操作式自力式压力调节阀(简称压力阀)无需外加能源,利用被调介质自身能量为动力源、引入压力阀的指挥器以控制压力阀的阀芯位置,改变流经阀门的介质流量,使阀门后端压力(B型)或前端压力(K型)保持恒定。本实用新型涉及阀门技术领域,尤其涉及一种带指挥器的微压自力式调节阀。

      指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案背景技术:

      自力式调节阀是一种无需外来能源,依靠被测介质自身压力或温度或流量变化,按预先设定值,进行自动调节的控制装置。根据市场需要,研发一种带指挥器的微压自力式调节阀,专门适用于微压气压控制。

      一)用途:

      1.气体减压:如阀前0.2~0.8MPa时阀前面应加减压阀),阀后0.5~100KPa。

      2.氮封装置:供氮和泄氮装置上。

      ZZYVP型带指挥器调压阀26.jpg

      3 指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案原因分析

      3.1 主阀密封面泄漏

      首先考虑的就是阀门密封面是否损坏,减压阀密封面的损坏必将造成阀后压力在达到设定值后,不能密封,从而使阀后压力的继续上升。那么对于指挥器型自力式减压阀也一样,由于氮气减压阀的用户为封闭的卸压箱,主阀密封面的泄漏必将造成卸压箱压力的上升,直至达到报警值。由于缺陷发生时,方家山机组正处于首循环运行期间,新机组的系统清洁度较低,如系统中的杂质粘附在密封面上时,则极易引起密封面损伤,从而造成内漏。

      3.2 指挥器先导阀密封面泄漏

      指挥器先导阀的密封形式为软密封,阀芯的密封件为橡胶O型圈,其密封面为锥面密封。由于软密封材质补偿量大,回弹率高,故软密封形式的特点是密封性能好,密封比压不用太高,通常不易泄漏。但如O型圈有老化、裂纹等缺陷或材质问题,导致先导阀不能密封,那么就会通过上述两种情况使减压阀阀后压力上升。

      因此,指挥器先导阀密封面的泄漏也可能是导致阀门压力上升的原因。

      3.3 指挥器膜片泄漏

      指挥器的膜片泄漏只要考虑上膜片室即可,下室无压力。指挥器执行器膜片泄漏的可能原因有膜片破损、膜片边缘泄漏或阀杆上部O型圈泄漏。如指挥器执行器膜片的泄漏较大或膜片破损,则将导致膜片室压力过低,甚至不能产生压力,那么指挥器阀芯就会在弹簧力作用下保持打开状态,这样阀后压力就会持续上升,但同时阀后介质通过破损的膜片泄漏。由于主阀芯通径大于阀后引压管通径,进气速率大于泄漏速率,阀后压力总体趋势还是偏向上升;如指挥器执行器的膜片室微量泄漏,由于其与阀后管道相通,膜片室压力不会显著下降,但阀后压力会随着阀后介质的微量泄漏而缓慢下降,降至设定值以下时,指挥器先导阀打开,从而主阀打开补压,达到设定值时都关闭,上述现象将会周而复始地出现,长时间内应呈现出压力的上下波动,而不是压力的持续缓慢上升。

      氮封阀16.jpg

      二)指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案特点:

      1.压力设定在指挥器上实现,因而方便、快捷、省时省力且可在运行状态下连续设定。

      2.控制精度高,故适合在控制精度高的场合使用。

      3.调节范围比广。

      4.反应特别灵敏,极小的压力(如50mm水柱的压力)或极小的压力变化都可以感应出来。

      压力调节范围:压力范围0.25~6000kpa,分级调节。

      一、指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案主要技术参数

      1、阀门尺寸、公称压力及连接方式

      阀门内径尺寸:DN15-500mm   (内部过流通径可以根据流通能力Cv值缩径,最小可缩至3mm,0.01Cv值)

      公称压力:ANSI Class125、150、300、600,JIS 10、16、20、30、40K,PN1.6、4.0、6.4、10、16、25MPa

      法兰标准:化工部HG20592-2009、化工部HG20615-2009、日标JIS B2201-1984、美标ANSI B16.5-1981、国标GB/T9119-2010、机械部JB/T79.1~.4--1994 、石化部SH3406---1996等

      连接型式:法兰密封面形式有,FF光滑全平面、RF突面、MFM凹凸面、TG榫槽、RJ环连接

      焊接形式:PL板式平焊、SO带颈平焊、WN带颈对焊、SW承插焊、PJ/SE对焊环松套、PJ/RJ平焊环松套或TH螺纹

      材料:铸钢(ZG230-450)、铸不锈钢(ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、ZG00Cr18Ni12Mo2Ti)、高温铬钼钢、防腐蚀哈氏合金钢等

      2、上阀盖与阀体密封形式:

      (1)阀杆伸出类型

      常温标准型:-17~+230℃

      伸长Ⅰ型:-45~-17℃ +230~+566℃    带散热片高温伸长型

      伸长Ⅱ型:-100~-45℃                        低温伸长型

      伸长Ⅱ型:-196~-100℃                      超低温伸长型用于液氮等介质

      弹性波纹管密封型:适用于液氯、导热油、氧气、氢气等易燃易爆高危介质,防外漏

      注:工作温度不能超过各种材料的允许范围。

      (2)压盖型式:低压螺栓压紧式、中高压美标Class300以上压力等级MFM凹凸面、TG榫槽阀盖阀体密封;楚墨公司中高压阀门阀体与上阀盖都采用美标高等级MFM凹凸面、TG榫槽面、RJ环连接密封。

      (3)阀体、阀盖密封特性及应用工况

      a、凹凸面密封:配套使用,安装时便于对中,还能防止垫片被挤出,受力面积小,使用较小螺栓锁紧压力就可以达到强力密封,适用于压力较高的场合,25Mpa以下。

      b、榫槽面密封:同凹凸面差不多,也是一公一母的配对密封面类型,同样是配对使用;但其垫片位于环状凹槽内,受两侧金属壁的限制可免于垫片受压变形而被挤入管道中;由于垫片不与管内流体介质直接接触,较少遭受流体介质的浸蚀或腐蚀,故可用于高压、易燃易爆、有毒介质等对密封要求较严的场合,如液氯等。

      c、环连接密封:对于高压工况如42Mpa,楚墨公司都使用RJ环连接密封,这种密封面专用于由金属材料加工成形状为八角形或椭圆形的实体金属垫片配合,实现密封连接;由于金属环垫可以依据各种金属的固有特性,即自密封,因而这种密封面的密封性能好,对安装要求也不太严格,适合于高温、高压工况,但密封面的加工精度较高。

      3、填料:V型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉编织填料、柔性石墨、柔性石墨复合金属缠绕填料、高温高压金属填料。

      4、阀内组件  阀芯型式:单座柱塞型阀芯。

      5、流量特性:快开型;调节精度5%。

      注:关于聚四氟乙烯阀座的工作温度和压差,参考流量特性曲线图

      6、阀体、阀座、阀芯、阀杆材料:不锈钢(1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、17-4PH、9Cr18、316L)、不锈钢堆焊STL司钛立特合金、钛和耐腐蚀合金等;STL司钛立特具有高的尺寸稳定性,非常高的耐磨、耐蚀、 抗氧化和硫化能力,在870℃以下因高的热硬性使合金具有高的磨损抗力,楚墨调节阀阀芯都使用不锈钢堆焊STL,特别适用于高压、高温阀座阀芯强磨损工况。阀杆材料不锈钢、合金钢、双相不锈钢;在高温高压工况,我司调节阀阀杆都使用双相不锈钢,双相不锈钢在低应力下有良好的耐中性氯化物应力腐蚀性能,高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI 316L,综合力学性能好,有很高的强度和抗疲劳强度,屈服强度是18—8型普通不锈钢的2倍。

      7、阀芯结构及功能:

      (1)套筒笼式阀芯:平衡节流多孔型,起一定减压、消除噪音作用,适用于阀前阀后压力不是非常大场合,对蒸汽空化气蚀起一定防范作用。

      (2)多级降压阀芯:刀片式切口能及时有效地刺破空化产生的气泡,减少对阀体的冲蚀延长使用寿命,递减式降压适用于高压差场合。

      8、适用介质:水、空气、蒸汽、燃气、“导热油、液氯、氧气、氢气等易燃易爆高危介质(防阀杆密封外漏需加高弹性波纹管密封,同时应选用ExdIIBT4防爆等级电动执行器)"、“氧气、氢气阀体需脱脂处理"。与常规调节阀不同,不适用于超高温、超低温、强腐蚀性介质。

      9、流量可调比:30:1

      10、泄漏量标准:泄漏量-硬密封 ANSI Class IV、V;泄漏量-软密封  ANSI Class V、VI     

      11、自力式减压阀工作原理:

      (1)阀前压力P1经过阀芯、阀座的节流后,变为阀后压力P2。P2经过引压管线输入执行机构上膜室内作用在顶盘上,产生的向下移动阀杆作用力与下膜室弹簧的向上移动阀杆反作用力相平衡,决定了阀芯、阀座的相对位置,控制阀后压力。当P2增加时,P2作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时,顶盘上的作用力大于弹簧的反作用力,使阀芯关向阀座的位置。这时,阀芯与阀座之间的流通面积减少,流阻变大,P2降低,直到顶盘上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止,从而使P2降为设定值。同理,当P2降低时。作用方向与上述相反,这就是阀后压力调节的工作原理。

      (2)自力式减压阀阀前压力调节的工作原理同阀后压力调节的工作原理,应注意阀芯反装。

      (3)取压引管位置:阀后或阀前70~100厘米,不能在阀前或阀后过近位置引压,此时数据不准不能真正代表阀前阀后压力,外螺纹引压管接口,G1/4或G1/2外牙。一端连接管道,另一端连接执行机构膜腔。

      (4)压力设定:通过调节执行机构上的调节螺栓压紧或释放弹簧作用力,设定阀前或阀后压力。

      12、阀内件特点:高负载型  顶部导向不平衡内件   笼压式阀笼  快拆式结构

      13、阀门作用形式及方向

      (1)阀的正作用-反作用是相对减压阀的薄膜执行器而言,推杆向下运动叫正作用,推杆向上运动叫反作用。 

      (2)流开-流闭是对介质而言的。在节流口介质的流动方向向着阀门打开方向流动时称为流开型,反之,向着阀门的关闭方向流动时为流闭型。 

      (3)减压阀的正装和反装。阀芯有正装和反装两种形式。阀芯下移,阀芯与阀座间的流通截面积减小的称为正装阀;相反,阀芯下移时,流通截面积增加的称为反装阀。 

      14、执行机构配置:

      a. 气动薄膜执行机构    b. 气动活塞执行机构

      ZZYVP型带指挥器调压阀8.jpg

      指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案流量特性曲线图及特点分析

            1、 等百分比流量特性

      等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系,在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比,流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时,流量变化小,流量大时,则流量变化大,也就是在不同开度上,具有相同的调节精度。

      2、 线性特性

      线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时,流量相对值变化小,流量小时,则流量相对值变化大。

      3、 快开特性:一般很少用,流量变化太大,调节精度不高。 一般调节阀都使用等百比特性,调节精度高,究其原因为流量与阀门开度呈对等相对值变化。

      电动自力式4.jpg

      4 指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案原因排查与改进措施

      4.1 根本原因排查

      首先检查膜片泄漏,现场采用检漏液检查。经检查指挥器膜片无泄漏,排除了第一个原因,将原因进一步定位在了主阀和先导阀的密封面上。维修人员通过关闭减压阀后的球阀,发现压力表压力迅速上升,证实了主阀或先导阀密封面存在泄漏。由于解体先导阀较解体主阀来说时间短,所受辐射风险小,因此维修组选择先检查先导阀。先导阀的检查只需拆除指挥器膜片螺栓,打开膜片室即可。经过解体发现,指挥器的先导阀密封圈已破损,O型圈一侧的外缘被切削掉一部分。随后维修组对阀芯、阀座尺寸进行了测量,发现阀芯上O型圈线径为1.9mm,而阀芯槽宽仅为1.24mm,线径大于槽宽,导致其不能进入槽内,安装后外圆尺寸过大,阀门反复开关后易导致O型圈外侧被阀座边缘切削。由于当时时间紧迫,现场改用线径稍小的O型圈临时替代,再次回装后先导阀暂时无内漏,阀门调节性能恢复正常。可见,引起该阀调节性能下降的直接原因为指挥器的先导阀密封面泄漏。

      4.2 阀门结构改进

      维修部门随即将先导阀结构的改进方案提交给设备厂家,设备厂家根据改进方案重新加工了指挥器先导阀的阀芯阀杆组件(先导阀阀芯改进前后的尺寸如图2所示)。在大修期间,维修部门利用大修的隔离窗口,更换了减压阀指挥器先导阀的阀芯阀杆组件,并调整了阀座锥度,反复开关试验后检查O型圈完好。待核岛氮气供应系统恢复后,阀门再次投运时,其密封性良好,调节性能正常,成功解决了方家山2#机组核岛氮气减压阀调节性能下降的疑难缺陷。

      ZZYVP型带指挥器调压阀73.jpg

      指挥器型自力式微压减压阀优化改进方案结束语

      在电站运行期间,阀门的问题层出不穷,且故障的表现形式各异。挥器型自力式减压阀正由于其结构较为复杂,导致其故障发生的原因有很多种,如何抓住重点,找出故障发生的根本原因,是解决问题的关键。在氮气系统指挥器型自力式减压阀的故障处理中,维修人员从设备结构、工作原理以及故障表征出发,首先在纷繁复杂的故障原因中筛选出可能导致此类减压阀压力上升的主要因素,并通过现场排查和验证,找出了问题的根本原因,最终针对性地制定了改进措施,将设备缺陷消除。同时,指挥器型自力式减压阀调节性能下降的原因分析和改进,也展现了此类阀门问题的一个完整的分析和处理过程,可以为解决诸多类似的问题提供参考,具有一定的借鉴意义。

      该阀无需外加能源,利用被调介质(气体)自身能量作动力源,引入指挥器的检测执行机构,以控制调压阀的阀芯位置,改变流经阀门的介质流量,使阀后压力保持在恒定值。该阀的特点:压力设定值可在指挥器上实现,在运行中可随意调整,因而方便、快捷、省力;控制精度比一般调压阀高一倍左右。