黑水調節(jié)角閥腐蝕與氣蝕的原因分析

1 黑水調節(jié)角閥腐蝕與氣蝕的原因分析

      造成FV-1404和FV-1405灰水調節(jié)角閥損壞的原因主要有兩個，排在頭一位的是腐蝕，第二是氣蝕。

      通過調節(jié)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(jié)角閥出口壓力0.14MPa，介質溫度為11O℃，灰水通過調節(jié)角閥恰恰處于這一溫度下的飽和蒸汽壓力附近(0.15MPa)，經過節(jié)流后閃蒸流體，在壓力恢復區(qū)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(jié)閥鑄件閥體的材料是ASTM A217 Gr-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。

      2 黑水調節(jié)角閥操作產生振蕩

      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好的指導意義。

      2.1 設計條件

      工藝介質：灰水；
      較大流量：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(jié)閥型號：37-21125(執(zhí)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。

      2.2 黑水調節(jié)閥有效輸出力計算

      執(zhí)行機構輸出力與作用于閥內件的較大不平衡力的計算如下。

      執(zhí)行機構的較大輸出力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。閥關壓差下的較大不平衡力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(zhí)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(zhí)行機構輸出力的不足，產生閥位上下振蕩。

      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，在沒有對調節(jié)角閥實施改造的情況下，只有一個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(zhí)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。

      3.2 回流調節(jié)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(jié)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(jié)質量與可靠性，必須實施技術改造。

      籠式調節(jié)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(jié)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(tài)與動態(tài)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。

      4 灰水調節(jié)閥改造效果及推廣應用

      較初對FV-1405的改造采用了FISHER公司的657/40-3”ET籠式閥，閥體采用CFSM SST Cast材質，閥內件采用17-4PH SST及416 SST材質，運行效果良好，有效地降低了氣蝕并消除了振動，*運行時間達到了4個月以上。

      通過對閥內件的仔細觀察發(fā)現(xiàn)，仍有少量氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。換句話說，閥籠對流體在通過節(jié)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(jié)角閥內部構件的壽命延長，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。