摘要: 通過闡述 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐主給水國產(chǎn)液位變送器的損壞情況,分析了鍋爐主給水系統(tǒng)高壓差液位變送器運行過程中的損壞原因,針對 DN100 ANSI600 主給水液位變送器閥籠、閥芯的損壞情況及故障分析,提出了一種新的改進措施。經(jīng)驗證,新結(jié)構(gòu)解決了原閥內(nèi)件易損的情況,能夠滿足鍋爐給水系統(tǒng)液位變送器長周期、可靠運行的要求。
0 引言
國內(nèi)某煤化工企業(yè)動力站采用 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐為整套裝置提供蒸汽。鍋爐在運行過程中,需要鍋爐主給水液位變送器對進鍋爐給水量進行調(diào)節(jié),來滿足鍋爐用水需求?墒窃谏a(chǎn)中,經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鍋爐給水系統(tǒng)中國產(chǎn)鍋爐主給水液位變送器震動大,噪音高,內(nèi)漏大,流量控制不穩(wěn)等故障,影響鍋爐長周期、正常運行。解體發(fā)現(xiàn),液位變送器閥籠、閥芯局部存在氣蝕損傷,閥芯有沖刷,基材缺失,嚴重時出現(xiàn)閥桿斷裂等現(xiàn)象。為了解決以上存在的問題,根據(jù)氣蝕、沖刷及斷裂產(chǎn)生原因,結(jié)合系統(tǒng)工藝,從液位變送器閥內(nèi)件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選擇方面進行改進,提出了解決和預(yù)防主給水液位變送器損壞的有效方法。
1 氣蝕產(chǎn)生的條件
根據(jù)伯努利原理表述:p+1/2ρv 2 +ρgh=C,式中 p 為流體中某點的壓強,v 為流體該點的流速,ρ 為流體密度,g為重力加速度,h 為該點所在高度,C 是一個常量。它也可以被表述為 p 1 +1/2ρv 1 2 +ρgh 1 =p 2 +1/2ρv 2 2 +ρgh,其推論為:等高流動時,流速大,壓力就小。在鍋爐主給水系統(tǒng)中,液位變送器是節(jié)流元件,以國內(nèi)某煤化工裝置 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐為例,鍋爐給水系統(tǒng)由給水泵提供高達 17MPa 來水壓力,來水經(jīng)過主給水液位變送器(DN150 PN100)調(diào)節(jié),閥后壓力可降至 5MPa,液位變送器前后壓差在閥門低負荷時#大達到 12MPa 以上。綜上所述,在正常運行過程中,主給水液位變送器閥芯、閥籠節(jié)流處流速大幅度提高,壓力急劇下降。此時,如果流體經(jīng)液位變送器節(jié)流處的壓力低于汽化壓力,將產(chǎn)生氣蝕或閃蒸現(xiàn)象。在液位變送器閥芯與閥座密封副連接處,介質(zhì)流速達到#大值,但此時介質(zhì)壓力#小,當介質(zhì)壓力低于此處介質(zhì)的飽和壓力時,介質(zhì)氣化成氣體,形成氣泡,這種現(xiàn)象就叫閃蒸。在閥座閥芯密封副之后,流道流通面積加大,介質(zhì)流動速度開始下降,此處壓力并不能保持在飽和蒸汽壓力以下,而是隨著流速減小,壓力急劇上升,對閃蒸形成的氣泡進行擠壓,造成氣泡破裂,破裂時產(chǎn)生的巨大沖擊力嚴重損傷閥芯、閥籠,形成氣蝕。
2 改進措施
通過分析閥芯、閥籠氣蝕形成的條件,可以得出,氣蝕損壞的主要原因有:①在高壓差、高流速工況條件下,介質(zhì)在流經(jīng)閥芯、閥籠密封副時流速高、壓力急劇下降,低于此處的汽化壓力,產(chǎn)生氣蝕;②液位變送器閥內(nèi)件發(fā)生損壞是由于閥內(nèi)件材質(zhì)硬度無法抵抗氣蝕時產(chǎn)生的巨大沖擊力。為了排除以上因素對閥門造成的損壞,可以從①降低閥芯、閥籠密封副處介質(zhì)流速,提高流出節(jié)流處的介質(zhì)壓力,不使介質(zhì)壓力低于汽化壓力,防止氣蝕的產(chǎn)生;②提高液位變送器閥芯、閥座密封副處閥內(nèi)件材質(zhì)硬度,增強抗氣蝕、抗沖擊的能力。在閥門設(shè)計中,減小介質(zhì)流速一般采用對介質(zhì)流道進行“S”型流道設(shè)計,使介質(zhì)在流動過程中受流道流向及形狀等因素影響,在流動過程中逐步減緩流速,防止壓差急劇下降,排除氣蝕產(chǎn)生的條件。因此在實際操作中,我們將閥籠流道孔的結(jié)構(gòu)進行改進,由之前單一的多孔結(jié)構(gòu)改進為采用多孔和串級的混合結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)見圖2),流體先經(jīng)過閥籠流量孔進行地衣級節(jié)流,再經(jīng)過二、三級連續(xù)串級節(jié)流。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計,通過多層流道進行逐級減壓,允許壓差大,介質(zhì)經(jīng)每級減壓后,對閥內(nèi)件沖刷力逐級減小,可以有效避免閃蒸和氣蝕工況的產(chǎn)生,流體通道呈 S 流線型,調(diào)節(jié)精度高,液位變送器動態(tài)穩(wěn)定性好,改進后的閥籠明顯改善了之前閥門存在振動、易受氣蝕、沖刷損壞,使用壽命短的情況。
循環(huán)硫化床鍋爐給水介質(zhì)是除鹽水,介質(zhì)單一,除鹽水從給水泵出口噴出,給水泵設(shè)計#高壓力可達 20MPa,通過給水泵出口電動壓力液位變送器,將介質(zhì)壓力調(diào)節(jié)至13MPa 左右供至鍋爐主給水液位變送器。此處的管道介質(zhì)壓力較高,對鍋爐主給水閥門的閥內(nèi)件沖擊造成損害較大,此時如果液位變送器閥內(nèi)件材質(zhì)硬度不足,無法抵抗介質(zhì)沖刷,容易導(dǎo)致閥內(nèi)件沖刷,基材缺失損傷,造成閥門內(nèi)漏。通過分析介質(zhì)化學(xué)性能并結(jié)合現(xiàn)場實際工況,我們對鍋爐主給水液位變送器閥籠、閥芯、閥座進行改進,選用 9Cr18MoV 不銹鋼對原來的 316L 不銹鋼進行替代。并對 9Cr18MoV 材質(zhì)進行淬火熱處理,該材質(zhì)淬火后洛氏硬度可以達到HRC56-58,能有效抗擊高壓除鹽水的沖擊。同時,它的抗腐蝕性能也較強,能夠滿足該工況下閥內(nèi)件的耐腐蝕性要求。同閥芯、閥座密封副采用處堆焊鎳基合金以提高閥內(nèi)件表面硬度的工藝相比較,9Cr18MoV 的淬火后硬度高于堆焊鎳基合金不銹鋼的硬度,同時,在滿足鍋爐主給水工況的條件下,它的經(jīng)濟性更佳。
3 結(jié)論
改進后的閥籠結(jié)構(gòu)采用三級降壓結(jié)構(gòu),使介質(zhì)壓力逐步從#高壓力降至閥后工作壓力,破壞了氣蝕形成的條件,閥籠、閥芯的使用壽命顯著延長。閥內(nèi)件選用高強度不銹鋼制造,材質(zhì)進行淬火硬化處理,硬化處理后的閥芯、閥籠、閥座表面硬度較高,材質(zhì)抗氣蝕能力增強,滿足了鍋爐主給水液位變送器長周期、可靠運行的要求。