浅议灰水调节阀备件的国产化
摘 要：通过对灰水调节阀的运行分析，结合调节阀拆检情况，详细说明了调节阀备件的国产化改进过程。 关键字：灰水调节阀 国产化 碳化钨灰水调节阀是德士古煤化工生产气化装置上的关键设备。1998年之前，我国还无类似产品，该类产品及备件为国外公司所垄断，使用的设备大部分为Fisher、Masoneilan、K∝M公司制造。
1 灰水调节阀的特点
灰水调节阀的特点是介质复杂（三相流：固、液、汽）、压降大（最大可达4.2MPa），对阀内件冲刷严重，使用寿命较短。由于产品的特殊性，进口整阀及备件价格昂贵，造成生产成本的升高，所以，该设备的国产化在德士古煤化工生产中显得尤为重要。
2 产品的国产化方案
目前国产化方案主要有以下两种：测绘加工和测绘后根据使用情况然后进行改进生产。
2.1 测绘加工
2.1.1 阀芯阀座结构
以我公司所用Masoneilan公司生产的灰水调节阀为例，调节阀阀芯、阀座的典型结构如图l、图2所示，属典型单座调节阀，但从阀座的结构特点来看，阀座的的扩散段类似气蚀文氏管形状，从测绘数据中也可以看到：扩散段的扩散角、长度、口径比满足气蚀文氏管条件。所以，确切地讲，该类调节阀属于可调气蚀文氏管调节阀。
http://www.tj88.cn/ewebeditor/Uploadimages/20078716493757.gif 2.1.2 阀的材料选择
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根据以上分析，承做方就可以测绘生产了，生产的关键是阀芯、阀座的碳化钨部分，经过取样分析，主要成分是碳化钨（约占92%）及钴（约占8%），比重约为12.8 kg/cm3，硬度HRC≈60，同比国内牌号相当于YG硬质合金系列，考虑到产品须耐冲刷、抗一定的腐蚀，选用YG—8硬质合金。
2.1.3 国产化备件与原备件使用情况对比
加工好的备件上线使用，以检验该国产化方案的可行性。表1是实际使用情况和原备件的比较。
2.1.4 使用情况分析
从使用情况可以知道，原备件的有效使用周期为半年，国产化备件的有效使用周期为5个月，有一定的可比性，但在上线运行过程中均存在以下几个重要问题：
（1）碳化钨的耐冲蚀能力不能满足一个大修周期的需要。
（2）阀头和阀杆的连接方式引起的阀头脱落和断裂。
（3）阀座扩散段的耐冲蚀能力不能满足一个大修周期的需要。
图3、图4是两种备件的破坏模式图。
http://www.tj88.cn/ewebeditor/Uploadimages/200787164930871.gif表1 灰水调节阀使用情况对比
原备件国产化备件
1个月调节阀运行稳定、无异常调节阀运行稳定、无异常
2个月调节阀运行稳定、无异常调节阀运行稳定、无异常
3个月调节阀运行稳定，备件碳化钨零件
出现一定冲蚀调节阀运行稳定，备件碳化钨零件
出现一定冲蚀
4个月调节阀运行异常，阀头脱落或断裂，备件碳化
钨零件出现比较明显的冲蚀，阀座扩散段处出
现明显冲刷调节阀运行异常，阀头脱落或断裂，备件碳化钨
零件出现比较严重的冲蚀，阀座扩散段处出现明
显冲刷
5个月将脱落的阀头用铜焊接和阀杆焊接，解决阀头
脱落问题后继续使用，调节阀运行较为稳定，
但碳化钨零件出现严重的冲蚀，阀座扩散段处
出现严重冲刷，但调节阀还能勉强使用。将脱落的阀头用铜焊接和阀杆焊接后继续使用，
调节阀运行几天后异常，碳化钨零件和阀座扩散
段处出现严重冲蚀。
6个月调节阀不能稳定运行，碳化钨零件和阀座扩散
段处出现严重冲蚀，需要更换备件。
2.2 对国产化方案的改进
从以往原备件和国产化备件的使用经历来看，要想使备件满足实际上线的使用要求（即保证满足上线使用一个大修周期），就必须着手解决以下几个方面问题：
1）碳化钨的耐冲蚀能力。
2）阀头和阀杆的连接方式。
3）阀座扩散段的耐冲蚀能力。
2.2.1 碳化钨耐冲蚀能力的解决方案
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通过原备件碳化钨部分的取样理化分析，主要成分是碳化钨（约占92%）及钴（约占8%），比重约为12.8kg/cm3，硬度HRC≈60，同比国内牌号相当于YG硬质合金系列，该种碳化钨耐冲刷能力一般，但韧性较好，要提高它的耐冲刷能力，就要相应提高它的硬度，提高硬度的途径有两条：减少合金中钴的含量和提高模压过程中的液压机压力。但减小钴含量对碳化钨的韧性是致命的，必须采用其他办法来解决碳化钨的韧性问题，承做方采用的方法是对碳化钨粉末进行筛选，将当量直径控制在10μm以下，提高在模压过程中分子间结合力，提高碳化钨零件的整体力学性能。
2.2.2阀头和阀杆的连接方式
原备件解决阀头脱落和断裂的办法是阀头和阀杆用铜焊连接，但对改进后的碳化钨采用此方法存在一定问题。由于改进后的碳化钨中钴含量少，焊接性能变差，且和阀杆的热膨胀系数差异太大，易产生裂纹，所以不采取焊接方法。现阀头和阀杆的连接方式采用螺纹连接加销钉的办法来解决，即将阀头拧入阀杆后用电火花或激光打出销钉孔，销入销钉后再将销钉同阀杆焊接，以解决阀头脱落和断裂问题。连接结构如图5。
http://www.tj88.cn/ewebeditor/Uploadimages/200787165637566.gif 2.2.3 阀座扩散段的耐冲蚀能力
该类调节阀属于可调气蚀文氏管调节阀，基于可调气蚀文氏管的工作特点，一般要求H/D不小于2，原备件的H/D约为1.5，出口流体仍然处于恢复区，加上实际流体是固、液、汽三相流，故改进后的阀座碳化钨部分的H/D大于2，如图 6所示。
http://www.tj88.cn/ewebeditor/Uploadimages/200787165040543.gif 由于阀座的扩散段部分也存在严重冲蚀，改进后的阀座在扩散段上同样嵌人耐冲刷材料，以保护基体材料，这种材料可选9Cr18、GH4169、17—4PH等。结构形式如图7。
http://www.tj88.cn/ewebeditor/Uploadimages/200787165050867.gif 3 结论
经过对原备件的分析改进，改进后的国产化备件解决了原备件的3大问题，即：
（1）碳化钨的耐冲蚀能力不能满足一个大修周期的需要。
（2）阀头和阀杆的连接方式引起的阀头脱落和断裂。
（3）阀座扩散段的耐冲蚀能力不能满足一个大修周期的需要。
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