閘閥異常升壓的危害與防護(hù)
1、前言
閘閥通常有單閘板、雙閘板、楔式、平行式等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其中楔式雙閘板(Z42、Z62系列)及楔式彈性閘板(Z40、Z60系列)應(yīng)用最為廣泛,前者關(guān)閉時(shí)閘板自動吻合兩側(cè)閥座,自動補(bǔ)償楔角的加工位置誤差;后者則依靠閘板中部的彈性槽,靠閥桿的軸向推力補(bǔ)償楔角的加工位置誤差,兩者均達(dá)到較好的密封效果。正是由于其雙側(cè)的優(yōu)良密封,在某些場合會產(chǎn)生中腔壓力異常升高現(xiàn)象,即當(dāng)高溫高壓流體(液體或氣體)被封堵于閥門中腔時(shí),若上游側(cè)(見圖1)流體溫度升高,中腔(見圖1)流體會被熱傳遞同步升高,由于中腔體積無法擴(kuò)大,封堵中腔流體由冷態(tài)變?yōu)闊釕B(tài)時(shí),液體可能迅速汽化,導(dǎo)致壓力急劇升高,增高的壓力常常是幾何級數(shù)。
閥門超壓工作的后果是十分嚴(yán)重的。閥門中腔異常升壓時(shí),其承壓件及啟閉件的工作應(yīng)力(如閥桿及閘板架的使用應(yīng)力)均會急劇增加,驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力會不堪重負(fù),甚至無法啟動,嚴(yán)重時(shí)閥桿拉斷、閘板架斷裂、電機(jī)燒壞,這些現(xiàn)象在許多高壓大口徑閘閥中屢見不鮮,不少用戶常常抱怨這是閘板“咬死”,其實(shí)“咬死”的真實(shí)原因常常是中腔的異常升壓這一“隱形殺手”。
圖1 中腔異常升壓說明
典型的案例如Z962Y系列楔式雙閘板閘閥運(yùn)用于火電廠給水系統(tǒng)及其旁路時(shí),這類閥門一般先在冷態(tài)作水壓試驗(yàn)后關(guān)閉,當(dāng)機(jī)組啟動時(shí)系統(tǒng)溫度升高到250～300℃時(shí),由于溫度急劇升高,封閉中部的冷態(tài)水溫會同步急劇升高汽化,使流體體積增大,壓力升高,此時(shí)若要開啟閥門要么驅(qū)動力矩足夠大,要么閥桿組件強(qiáng)度足夠高,否則常常出現(xiàn)閥桿斷裂、閘板架斷裂、閘板T型槽開花、斷裂,使給水泵無法啟動,導(dǎo)致嚴(yán)重的停爐停機(jī)事故。
2、異常升壓的危害
異常升壓的形成在許多閘閥的應(yīng)用場合會驚人相似地發(fā)生,因?yàn)槠浒l(fā)生的兩大要素在許多工業(yè)系統(tǒng)是相似的,即系統(tǒng)介質(zhì)在開機(jī)后,由冷態(tài)變熱態(tài);閘板在冷態(tài)關(guān)閉,熱態(tài)時(shí)開啟。因而若不對系統(tǒng)采取措施,異常升壓對系統(tǒng)的破壞幾乎是無法避免的,其有3方面危害:
(1)對閥門本身的破壞
閥門殼體、閥蓋及閥桿零件的強(qiáng)度一般以閥門的公稱壓力設(shè)計(jì)其強(qiáng)度,異常升壓時(shí),其開啟壓力會成倍提高,導(dǎo)致相關(guān)零件的使用應(yīng)力成倍升高,當(dāng)材料實(shí)際應(yīng)力超過許用應(yīng)力時(shí),高應(yīng)力部位會產(chǎn)生斷裂破壞,導(dǎo)致閥門無法開啟,閥門整機(jī)將損壞或報(bào)廢。
(2)對系統(tǒng)安全的破壞
顯而易見,殼體、閥蓋等承壓件超壓時(shí)是非常危險(xiǎn)的,一旦超壓其薄弱部位或許會先發(fā)生穿孔,引起介質(zhì)外漏;其填料及自密封圈部位往往會被高壓流體沖出,引起介質(zhì)大量外漏。當(dāng)介質(zhì)是高溫氣體、有毒氣體、有害氣體時(shí)會更加嚴(yán)重,甚至?xí)斐稍O(shè)備與人員的傷害。
(3)對生產(chǎn)控制流程造成巨大損失
閥門的正常啟閉是各類工業(yè)流程控制的關(guān)鍵,一旦這種控制無法實(shí)現(xiàn)時(shí),系統(tǒng)癱瘓須停機(jī)檢修,這將會造成巨大的直接或間接損失。
3、防護(hù)措施
從設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等方面入手,從根本上消除中腔異常升壓是完全有可能的,歸納常用3套方案供廣大用戶參考:
(1)閥門內(nèi)部開設(shè)泄壓孔
解決中腔異常升壓的根本是平衡中腔壓力,開設(shè)泄壓孔是最經(jīng)濟(jì)有效的方案,圖2所示分別為在上游側(cè)閘板及進(jìn)口側(cè)閥座外圓開設(shè)了泄壓孔,當(dāng)中腔壓力升高時(shí),中腔壓力會自動向上游側(cè)泄放,始終保持中腔壓力與上游側(cè)壓力相等,從而避免異常升壓的發(fā)生。
(a) 閘板泄壓 (b) 閘座泄壓
圖2 閥門內(nèi)部開設(shè)泄壓孔
