黑水调节角阀技术之回流调节角阀的技术改造

广华

1 黑水调节角阀腐蚀与气蚀的原因分析

      造成FV-1404和FV-1405灰水调节角阀损坏的原因主要有两个，第一是腐蚀，第二是气蚀。

      通过调节角阀的介质是含有细灰的灰水，工作压力7.4MPa，压差7.26MPa，调节角阀出口压力0.14MPa，介质温度为11O℃，灰水通过调节角阀恰恰处于这一温度下的饱和蒸汽压力附近(0.15MPa)，经过节流后闪蒸流体，在压力恢复区气泡炸裂，释放出强大的能量气蚀了阀体的内壁。

      另外，洗涤水呈碱性，pH值为9.0~9.6。而原设计中调节阀铸件阀体的材料是ASTM A217 Gr-WC9，属于一种合金结构钢的铸件形式，相当于国产钢的ZG15CrMo1V钢号，是非耐酸钢，对碱性介质缺乏足够的耐蚀能力，因此导致了阀体及内件的快速腐蚀。

      2 黑水调节角阀操作产生振荡

      研究FV-1404、FV-1405的腐蚀与气蚀现象与操作过程中产生振荡的问题，对后来新增P-1406的3号、4号泵出口回流阀的选型有很好的指导意义。

      2.1 设计条件

      工艺介质：灰水；

      最大流量：85m3/h；

      工作温度：110℃；

      上游压力：7.4MPa；

      下游压力：0.14MPa；

      阀关压差：8.9MPa；

      比    重：0.950；

      原设计调节阀型号：37-21125(执行机构隔膜的有效直径为De=33cm，气关阀)；形式：GLOBE阀，非平衡柱塞型阀内件，4B×1-1/2：供气压力：250kPa；流向：流开。

      2.2 黑水调节阀有效输出力计算

      执行机构输出力与作用于阀内件的最大不平衡力的计算如下。

      执行机构的最大输出力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——表示隔膜的有效面积(m3 )；

             Pe——表示供气压力(kPa)；

             Po——弹簧启动压力(kPa)；

             Pt——弹簧范围(kPa)；

             Pf——填料摩擦力的等效压力损失；

      气源管路及阀门定位器压力损失不计。阀关压差下的最大不平衡力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——阀座通径(cm)；

              ds——阀杆直径(cm)。

      根据计算，执行机构的有效输出力Fe为：

      Fe= F - Ft

         = 9830.95 - 9948.40

         =-117.45(N)

      根据计算，有效输出力为负值，其结果是由于执行机构输出力的不足，产生阀位上下振荡。

      3 解决问题的办法

      3.1 提高阀门定位器的供气压力

      为了消除阀位上下振荡，在没有对调节角阀实施改造的情况下，唯一的办法是提高阀门定位器的供气压力，以达到提高输出力的目的。所以，将供气压力提高到280kPa(净提高量为30kPa)。此时执行机构的输出力为：

      F' =F+30×104×103?Ae

         = 9830.95 + 30×10-4×103×(33)2/4? π

         = 12395.545(N)

      因为|F'|>|Ft|，所以阀位不会产生振荡。

      3.2 回流调节角阀的技术改造

      通过对FV-1404和FV-1405运行状况的论证分析，再根据计算得出的结果，可以得出原设计对FV-1404和FV-1405调节角阀选型错误的结论。为了增强其抵抗气蚀与腐蚀的能力，提高调节质量与可靠性，必须实施技术改造。

      笼式调节角阀，是专门针对存在气蚀与噪声的工况而设计的一种调节角阀。采用平衡型阀内件的笼式阀，不仅能够有效地克服静态与动态不平衡力，而且通过对阀笼的巧妙设计，可以把高压差流体携带的能量，分级降低或抵消在笼内，减少或消灭闪蒸与气蚀产生的条件。除此之外，合理选择阀体及阀内件材料，达到耐蚀的目的。