正確選用電站止回閥

                          上海申弘閥門有限公司

  摘要 

介紹了幾種典型電站止回閥的主要性能、結構形式及工作原理,分析了影響止回閥密封性能及穩(wěn)定工作的不利因素,提出了止回閥選型的一般要求。  

 關鍵詞 發(fā)電站用閥;止回閥;流阻;選型   Abstract:Thepapergivessometypicalexamples,andintroducesmainperformances,structuresandoperationprincipiaofcheckvalvesinpowerplant.Itanalysesthedisadvantagefactorswhichaffectthesealingandstabilization,andbringsforwardcommonrequestsforchoosing.Keywords:powerplantvalve;checkvalve;flowresistance;selection

1 概述 

在管路中,止回閥的功能是允許介質單向流動,防止其倒流。通常,這種閥門是自動工作的。在一個方向流動的介質壓力作用下閥瓣打開。介質反方向流動時,由于介質壓力和閥瓣自重合力的作用,閥瓣回座,從而切斷介質流動。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。在鍋爐和工業(yè)管道上使用的止回閥種類很多,其工作過程中常常會因出現(xiàn)噪聲、振動、嚴重的壓力波動和密封件磨損等情況而造成內漏,嚴重的會導致外泄漏并且損壞其他設備。正確的選用止回閥可以預防閥門內漏,減少閥門故障,保證系統(tǒng)安全運行。因此掌握各種止回閥的使用性能和用途,有助于設計者和用戶正確選擇止回閥的類型和規(guī)格。

閥門是利潤率低的產品，市場競爭非常激烈。就閥門市場的分布，主要是依據(jù)工程項目的建設，閥門的大用戶是石化行業(yè)、電力部門、冶金部門、化工行業(yè)和城市建設部門。石化行業(yè)主要應用API標準的閘閥、截止閥和止回閥；電力部門主要采用電站用高溫壓閘閥、電站截止閥、電站止回閥和安全閥及一部分給排水閥的低壓蝶閥、閘閥；化工行業(yè)主要采用不銹鋼閘閥、截止閥、止回閥；冶金行業(yè)主要采用低壓大口徑蝶閥、氧氣截止閥和氧氣球閥；城市建設部門主要采用低壓閥，如城市自來水管道主要采用大口徑閘閥，樓寓建設主要采用中線蝶閥，城市供熱主要采用金屬密封蝶閥；輸油管線主要采用平板閘閥和球閥；制藥行業(yè)主要采用不銹鋼球閥；食品行業(yè)主要采用不銹鋼球閥等。閥門在水處理行業(yè)中使用量較大，主要以低壓閥門產品為主，如蝶閥、閘閥、止回閥。據(jù)了解，目前市場上具有一定規(guī)模的閥門企業(yè)有2000余家，大多數(shù)分布在江浙及中原一帶。由于產品技術含量要求相對較低，因此，競爭更為激烈。

一方面，我國閥門產品面臨著良好的發(fā)展機遇。隨著石油開發(fā)向內地油田和海上油田的轉移，以及電力工業(yè)由30萬千瓦以下的火電向30萬千瓦以上的火電及水電和核電發(fā)展，閥門產品也應依據(jù)設備應用領域變化相應改變其性能及參數(shù)。城建系統(tǒng)一般采用大量低壓閥門，并且向環(huán)保型和節(jié)能型發(fā)展，即由過去使用的低壓鐵制閘閥逐步轉向環(huán)保型的膠板閥、平衡閥、金屬密封蝶閥及中線密封蝶閥過渡。輸油、輸氣工程向管道化方向發(fā)展，這又需要大量的平板閘閥及球閥。能源發(fā)展的另一面就是節(jié)能，所以從節(jié)約能源方面看，要發(fā)展蒸汽疏水閥，并向亞臨界和超臨界的高參數(shù)發(fā)展。

電站建設向大型化發(fā)展，所以需用大口徑及高壓的安全閥和減壓閥，同時也需用快速啟閉閥門。成套工程的需要，閥門供應由單一品種向多品種和多規(guī)格發(fā)展。一個工程項目所需的閥門，由一家閥門生產廠家全部提供的趨勢越來越大。

2 分類

211 升降式止回閥 升降式止回閥(圖1)的閥瓣沿著閥座中心線作升降式運動,其閥體與截止閥閥體類似,甚至可以通用。在閥蓋導向套筒側部(圖1b)或閥瓣導向筒側部(圖1c)加工有泄壓孔。當閥瓣上升時,通過泄壓孔排出套筒內的介質,以減小閥瓣開啟時的阻力。升降式止回閥靠介質的壓力頂開閥瓣而導通,無介質壓力作用時或介質反向流動時,閥瓣迅速回座與閥座緊密吻合而實現(xiàn)密封。雖然升降式止 回閥低進高出的密封性能很好,但介質通過升降式止回閥的通道很狹窄,因此介質通過升降式止回閥的壓力降比旋啟式止回閥的壓力降要大。根據(jù)閥瓣結構,止回閥可分為球形升降式和活塞升降式。球形閥瓣式止回閥通常是DN≤50mm的鍛造閥,在球形閥瓣上部設置輔助彈簧(彈簧材料選用1Cr18Ni9Ti或50CrVA,這兩種材料經過調質,有良好的綜合機械性能,能防止介質的侵蝕),閥瓣在彈簧預緊力的作用下關閉。由于彈簧預緊力涉及到流量、壓差和閥瓣開啟力的大小,因此彈簧應正確計算和選擇。彈簧預緊力計算公式為 QMT=F1 G8d4 nD3
2 式中 QMT———彈簧預緊力,N F1———彈簧預加變形量,mm G———材料切變模量(按GB/T1239選 取),MPa d———彈簧直徑,mmD2———彈簧中徑,mm n———彈簧有效圈數(shù) 球形閥瓣材料常選用Co103,因為其使用工況 為壓力PN≤60MPa,溫度t≤670℃,硬度40～46HRC,可用于粘性較大的流體或系統(tǒng)內有水垢的場合。由于球形關閉件可以自由旋轉,使球和閥座的磨損相對均勻。另外,球形關閉件密封可靠,結構簡單,拆裝方便,工藝性好,有良好的互換性,工作平穩(wěn),噪聲小,從而延長了閥門使用壽
命。如介質粘度較低(如水等),則可以采用閥瓣
為活塞式的止回閥,以減小流體介質通過閥體時對閥瓣產生的激烈震動。
(a)球形閥瓣 (b) 活塞式閥瓣 (c)彈簧活塞式
圖1 升降式止回閥

212 旋啟式止回閥
旋啟式止回閥(圖2)的閥座是焊在閥體內的,閥瓣呈圓盤狀、靠閥座上某一支點旋轉來實現(xiàn)閥門的開啟與關閉。該閥體中腔采用內壓自緊式密封結構,在介質壓力作用下,能達到可靠密封。自密封填料選用密封性能良好的柔性石墨。近年來,由于超臨界火電機組、超超臨界火電機組的大量投產運行,電站鍋爐對管道中止回閥的密封性、可靠性和安全性的要求越來越高,以確保發(fā)電機組安全穩(wěn)定的運作。高參數(shù)及高性能的止回閥采用鑄鋼閥體已遠不能滿足生產的要求,因此采用了強度更
高,可靠性更好的鍛焊結構閥體(圖2b)。鍛焊結構式止回閥閥體是由中閥體與兩端支管焊接組成的三片式閥體。中閥體按常規(guī)鍛造工藝,在普通鍛壓設備上采取自由鍛錘進行粗鍛→終鍛→切邊熱模鍛,后鍛件接近成品零件的形狀和尺寸。鍛造中閥體精度高,機加工余量少,材料利用率可達70%～78%。中閥體鍛件可達到API602-1998《緊湊型碳鋼閘閥門》和JB/T7746-1995《縮徑鍛鋼閥》的技術要求。兩端支管采用厚壁無縫結構鋼管,后焊接三部分閥體組裝成型。鍛焊結構止回閥加工工序為鍛造中閥體和兩端支管毛坯→粗加工→焊前中閥體熱處理→中閥體與支管焊接→消除熱處理應力→焊縫X光射線探傷及著色檢查→精加工→組裝成套試壓出廠。對于臨界工況使用的止回閥,采用可靠性高,鍛造工藝好的三片式鍛焊閥
體可以避免鑄鋼件閥體鑄造時存在的縮孔、夾渣和疏松等固有缺陷,增強了閥門的抗變形能力及閥體耐腐蝕能力,閥門的承壓能力和使用的可靠性及安全性都有極大的提高,從而確保閥門的穩(wěn)定工作。其該閥門系列產品應用在國內電站鍋爐管道上,運行平穩(wěn),性能優(yōu)良。鍛鋼結構閥門殼體承壓材料通常采用碳鋼、合金鋼和不銹鋼等材料,對于塑性材料制造的閥門,其壁厚按第四強度理論計算,即
SB′=PD213[σL]<-112P+C式中 SB′———計算壁厚,mmP———計算壓力,MPaD———閥體內徑,mm[σL]———許用拉應力,MPa<———焊縫系數(shù)C———附加腐蝕余量(根據(jù)壁厚選取),mm當SB′-C≤10mm,C=6mm。SB′-C≤20mm,C=4mm。SB′-C≤30mm,C=3mm。SB′-C≤40mm,C=2mm。小閥體壁厚應符合API600-2001《石油和天然氣工業(yè)用閥蓋螺栓連接的鋼制閘閥》標準要求,還應進行閥體強度校核。閥體壁厚的計算除考慮強度之外,還應考慮其剛度及耐磨性,所以其小壁厚≥6mm較合適。鍛焊結構止回閥結構長度為1300mm,其中中閥體長630mm,符合API6D-2002《管線閥門》標準。焊接閥門的閥體與兩端支管采用單面搭接焊,焊縫系數(shù)<一般取都要求管道中流體介質干凈、清潔,如安裝或檢修期間在管道中了焊渣或金屬碎片,將引起止回閥密封面的損傷和性能故障。

3 選型
止回閥工作環(huán)境應盡可能選擇遠離介質脈動源,振動小,壓力波動小,管道清潔的工況中。選用止回閥主要考慮管道系統(tǒng)內流體的狀態(tài)、性質、壓力和溫度等要求,還應根據(jù)閥門的接管尺寸、內部結構、摩擦系數(shù)、閥瓣耐磨性、強度、工作溫度和老化性等固有技術性能,合理地選用和科學的組合搭配,才能獲得理想的閥門使用效果。311 升降式止回閥適用范圍 一般情況下,管道接口尺寸決止回閥的使用類型。升降式止回閥主要適用于公稱直徑較小的水平安裝管道的場所(通常DN≤100mm)。球形閥瓣止回閥在彈簧預緊力的作用下關閉,此類閥門可以自由地安裝在管道中任何位置,擺放形式比較靈活。工作溫度≤450℃且工況壓力≤10MPa時,大都選用帶法蘭接口的止回閥。而在工作溫度≥540℃,工況較苛刻的條件下,宜選用高參數(shù)焊接坡口連接的止回閥。312 旋啟式止回閥適用范圍 對于大口徑、流速較大的管道(通常DN>100mm),一般選用旋啟式止回閥。它啟閉速度快,其關閉滯后角度小,減少了關閉沖擊和回流損失。介質流通時壓力幾乎不受阻礙,流阻小。

4 結語 

在電站鍋爐管道系統(tǒng)中正確合理地選用止回閥是保證安全生產的重要環(huán)節(jié),具體選型時要依據(jù)閥門的工作溫度、介質、壓力和環(huán)境,
考慮其分類和應用范圍來選取。隨著電站閥門的深入開發(fā),高消能工況將會越來越多,
對止回閥的性能要求也會越來越高,而與此相關的許多項目試驗和研究也會不斷深入,并將在已有的研究基礎上不斷地改進和完善現(xiàn)有產品,開發(fā)出適合不同高消能工況的止回閥,以滿足電站鍋爐發(fā)展的需求。本文相關的論文有：中國閥門產值遞增

參 考文獻 

〔1〕 楊源泉.閥門設計手冊〔M〕.北京:機械工業(yè)出版社,1992. 

〔2〕 (美)J.L.萊昂斯.閥門技術手冊[M].北京:機械工 業(yè)出版社,1991. 

〔3〕 王秀清.止回閥水錘分析[J].核動力工程,1986,7(4).

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〔5〕 WylineEB,StreeterVL,FluidTransient(CorrectedEdi2 tion〔M〕.FebPress,Michigan,1983. 

〔6〕 中國機械工程學會鍛壓學會.鍛壓手冊〔M〕.北京:機械 工業(yè)出版社,1993