CROSBY安全閥技術(shù)特點.doc

安德森格林伍德克羅斯比閥門公司火電站用彈簧式安全閥設計特點及安裝注意事項一、 閥門型號種類：HE ISOFLEX - 1 可用于過鍋爐汽包。2 介質(zhì)可以是飽和蒸汽。3 使用雙環(huán)控制起跳、回座性能。4 系統(tǒng)壓力大于等于96%整定壓力時仍可保證密封性。5 可使用法蘭或焊接入口。 6 尺寸有2.5 K 6,2.5 K2 6,3 M 6，3 M2 6和4 P2 8五種。7 整定壓力可達3000psig （20.7 Mpag）。8 工作溫度為飽和蒸汽溫度。HCI ISOFLEX - 1 可用于過熱系統(tǒng)和再熱系統(tǒng)。2 介質(zhì)可以是飽和蒸汽或過熱蒸汽。3 使用雙環(huán)控制起跳、回座性能。4 系統(tǒng)壓力大于等于96%整定壓力時仍可保證密封性。5 可使用法蘭或焊接入口。 6 尺寸從1.5 H2 3 到 6 RR 10。7 整定壓力可達3000psig（20.7 Mpag）。8 最高工作溫度為1100 0F（593）。二、使用的標準American Society of Mechanical Engineers ( ASME)該標準分為十一篇，涉及到包括系統(tǒng)設計要求、材料以及焊接要求等幾乎所有涉及壓力容器的領域。其主要篇章，也是CROSBY VALVE INC產(chǎn)品所涉及的領域為：1. Section I: 直接受火的壓力容器，一般情況下指使用煤炭、石油和其他有機燃料，如甘蔗、垃圾等，作為燃料的蒸汽鍋爐。2. Section VIII: 非直接受火的壓力容器，包括化工裝置上的壓力容器和管道、石油以及天然氣運輸管道和一切可能產(chǎn)生超壓情況的容器。3. Section III: 涉及核電的設計、建造。American National Standard Institute ( ANSI)主要使用的標準有：1. ASME/ANSI B16.5. Pipe flanges and flanged fittings。該篇提供了標準法蘭的材料、溫度壓力等級和外型尺寸。2. ASME/ANSI B16.34. Valves-Flanged, Threaded and Welding End。該篇涉及了溫度壓力等級、外型尺寸、公差范圍、材料、檢測、鑄造以及鍛造和機加工的法蘭的測試和標注，另外還規(guī)定了閥門螺紋和焊接連接方式的公差和外型尺寸。三、克羅斯比彈簧式安全閥特點l 閥體部分1.法蘭或焊接入口對于火電機組使用在高溫高壓蒸汽條件下的安全閥，我們建議使用焊接入口形式。2.整體鑄造閥體閥體采用整體鑄造形式，可以最大限度的避免機械加工和焊接等工藝方式對閥體造成的應力改變。3.無應力噴嘴安裝方式采用不銹鋼為材料的噴嘴以螺紋連接的方式旋進閥體入口管道內(nèi)，然后在噴嘴的最下端使用局部封焊將噴嘴與閥體連接處焊牢。這樣不但確保噴嘴與閥體結(jié)合緊密，而且更重要的是可以完全避免在閥體材料上采用焊接工藝所帶來的材料應力變化和局部材料由于焊接導致的龜裂。一般鍋爐用安全閥的噴嘴材料為316奧氏體不銹鋼，且是從上部裝入，Crosby閥體是整體的，故沒有很厚的焊肉，噴嘴與閥體之間僅進行密封焊，焊肉很小，故焊接時熱影響區(qū)溫度不高，時間很短，因此噴嘴316材料內(nèi)Cr元素不會析出，不會沿晶界生成碳化鉻，不會發(fā)生龜裂現(xiàn)象，見圖1。圖2所示的結(jié)構(gòu)是閥體下部還有一個管段，噴嘴是在焊接以前裝入閥體，然后閥體與噴嘴一起加工坡口，再與管段焊接，一般閥體為碳素鋼或合金鋼鑄件，噴嘴為奧氏體不銹鋼，而管段為碳素鋼或合金鋼鍛件，這形成了三種金屬在一起的焊接熱影響區(qū)，由于坡口處壁厚很厚，焊接時間很長，熱影響區(qū)溫度較高，極易造成316金屬奧氏體固溶體晶粒內(nèi)的Cr元素析出，沿晶界生成很脆的碳化鉻層，在熱疲勞應力和殘余應力的作用下，存在噴嘴開裂的隱患，附圖3所示為日本東京電力公司下屬的各電廠發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的閥門開裂并以切下更換的情況，已動手術(shù)切下來的鍋爐機組有10套，共40個閥，因為噴嘴本身是受壓元件，這樣高的溫度和壓力穿透開裂會引起安全閥爆炸，造成很大的事故。圖1 圖2圖3l 起跳和回座的調(diào)整采用上下環(huán)雙環(huán)調(diào)節(jié)閥門的起跳和回座性能可以使閥門的起跳和回座更準確，同時也使調(diào)整更加方便。噴嘴環(huán)導環(huán) 我公司的安全閥均采用二環(huán)調(diào)節(jié)（如圖所示），即導環(huán)（Guide Ring）和噴嘴環(huán)（Nozzle Ring），安全閥只需調(diào)節(jié)此二環(huán)，即可達到調(diào)整它的起跳和回座，使閥門達到在整定壓力值時馬上并正常的起跳排放蒸汽，以保證鍋爐的安全，而在鍋爐系統(tǒng)壓力降至一定的壓力值時，閥門迅速回座（回座率通常在2% 4%之間，依用戶要求），由于我公司產(chǎn)品所獨有的二環(huán)調(diào)節(jié)特點使得整定壓力和回座的調(diào)節(jié)變得十分簡單，由于互相干擾性小，使得調(diào)節(jié)精度高，減少了操作維修人員的勞動量。l 柔性閥芯： 由于在閥芯密封面被側(cè)加工了一道環(huán)形的凹槽，使密封面具有一定的彈性，所以這類閥芯叫做“柔性閥芯”。從結(jié)構(gòu)上比較，柔性閥芯對于普通平面閥芯的優(yōu)點在于：一. 降低了閥桿力的作用點，密封性能提高。普通平面閥芯的閥桿力作用點不但高于密封面而且非直接作用在閥芯上。對于柔性閥芯的閥門，閥桿力作用點降低到密封面一下而且直接作用在閥芯上。這種結(jié)構(gòu)上的改進使閥門的抗震動能力大幅提高，也就是密封穩(wěn)定性大幅提高。換句話說，在閥門存在相同程度震動的情況下，柔性閥芯閥門更不容易發(fā)生泄漏。這種性能已在電廠安全閥改造中得到證實。某電廠的再熱器管道震動比較嚴重，我公司的安全閥由于震動的原因不斷發(fā)生泄漏。因此我們改造了十二個閥門中的兩個。改造后的近三個月的滿負荷運行中，所有未改造的再熱器安全閥已發(fā)生泄漏，而改造后的兩臺安全閥沒有任何泄漏。二. “柔性閥芯”結(jié)構(gòu)不但提高了運行密封性能，而且提高了保持密封性的運行壓力值。對于設計普通平面閥芯，當運行壓力升高到閥門設定壓力（即整定壓力）的95%時閥門會出現(xiàn)預泄。對于彈簧式安全閥來說，預泄的存在是正?，F(xiàn)象，而且預泄的存在在一定程度上可以幫助彈簧式安全閥起跳。因此克羅斯比公司每一次都會建議鍋爐的設計者將設計壓力與最大運行壓力的差值定為5%以上?！叭嵝蚤y芯”結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)壓力導入閥芯密封面被側(cè)的環(huán)形的凹槽并作用在與閥芯密封面相對的環(huán)形斜面上，由于密封面具有一定的彈性，隨著運行壓力的升高，閥芯密封面被系統(tǒng)的壓力向下推壓產(chǎn)生微小變形并與噴嘴密封面緊密結(jié)合，從而使閥門預泄點推遲。在保證閥門整定壓力準確的前提下，“柔性閥芯”結(jié)構(gòu)可以使閥門在運行壓力達到設定壓力96%以 上仍然無泄漏。我公司最近調(diào)試通過的設計柔性閥芯閥門的預泄點分別達到了整定壓力的98.5%甚至99%，而且起跳準確回座干脆、無泄漏。這一情況是在場的電建公司以及電廠人員有目共睹的。三. 在設計柔性閥芯閥門中取消了固定閥芯的開口銷。這樣可以完全消除由于震動造成的開口銷斷裂的可能。雖然開口銷是以合金鋼為材料，具有及高的強度和韌性，但是在長期或突發(fā)的強烈震動下有斷裂的可能。開口銷的斷裂會導致閥芯移位、卡死，從而使閥門泄漏，甚至引起拒跳或不回座的故障。l 水壓試驗Crosby公司生產(chǎn)制造的閥門在出廠前已經(jīng)進行過整閥的水壓試驗和整定壓力試驗，然后解體分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)分箱發(fā)運，上部結(jié)構(gòu)在解體時，用一液壓千斤頂拉起閥桿與閥桿相連的彈簧下部墊圈，閥瓣及閥瓣保護架同時均被拉起，然后在彈簧下部墊圈下面墊入墊鐵，在松開液壓千斤頂，由于存在墊鐵，閥瓣就回不到原來位置，與噴嘴脫離，拆卸時不會碰傷密封面，同時又保持了彈簧的整定值，發(fā)運時，在下部結(jié)構(gòu)上的噴嘴密封面上，安裝了一個水壓試驗堵頭，以避免運輸過程中閥座密封面的損壞，閥門運到現(xiàn)場后，首先將閥體下部結(jié)構(gòu)垂直焊接到位，此時用戶并不急于安裝上部結(jié)構(gòu)，而是將下部結(jié)構(gòu)中的閥座上的水壓試驗堵頭擰下，裝入隨機所帶的密封圈和密封圈支持架，然后再擰回到閥座上，此時在上部結(jié)構(gòu)不參加的情況下可進行系統(tǒng)的水壓試驗，水壓試驗完畢后，擰下水壓試驗堵頭，裝上閥門上部結(jié)構(gòu)并用液壓千斤頂拉起閥桿，拿掉墊鐵，在把液壓千斤頂泄壓，閥瓣就會緩慢放下，此時工廠內(nèi)整定的整定壓力，保持不變地壓在噴嘴上，再檢查導向環(huán)和噴嘴環(huán)位置，使之與工廠設定值一致，并用固定螺絲定位及鉛封，閥門即告安裝完畢。但是其他產(chǎn)品不是這樣的過程，它們出廠時閥門為整體出廠，閥體內(nèi)裝的是水壓試驗堵頭，按規(guī)定水壓試驗壓力是整定壓力的1.5倍，承受1.5倍整定壓力的水壓試驗堵頭是頂著閥桿進行試驗的，由于閥桿很長，經(jīng)常被頂彎，水壓實驗時工廠的整定壓力值也隨之失去，需在水壓試驗后重新整定，然后再拆開閥體，拆下水壓試驗堵頭，換上閥瓣，再安裝閥體，實際上與Crosby公司相比在工地現(xiàn)場工作中多了一道拆卸閥門，取水壓試驗堵頭的過程。Crosby的出廠方式水壓試驗分為超壓（1.5倍工作壓力）和工作壓力兩種，對于不同壓力的水壓試驗我們采用不同的方法。1、超壓試驗超壓試驗使用我公司專用的水壓試驗堵頭見右圖。每一個安全閥配一套試驗裝置，它包括：柱塞、壓蓋、柱銷和兩個密封圈（O型圈和支撐圈）使用水壓試驗堵頭完成超壓試驗可以避免閥桿和閥桿組件承受過大的水壓而損壞。由于超壓試驗的水壓較高，如果使閥桿直接承受該壓力，就有可能損壞閥桿和閥芯等零件。使用水壓試驗堵頭做超壓試驗時，安全閥噴嘴的密封面與柱塞以及壓蓋之間是不接觸的。這樣就避免了密封面在水壓試驗時受損的可能性。注意：上圖中箭頭指向的部位在下閥體焊接到位后，上閥體安裝就位前，必須小心保護，使用覆蓋物仔細遮蓋，以免進入雜物或水損壞閥體。2、工作壓力試驗使用閥桿夾具在進行工作壓力的水壓試驗時，可以不必拆下上閥體使用水壓試驗堵頭。我們準備了專用的水壓試驗閥桿夾具。見下圖。注意：如果在做工作壓力水壓試驗時沒有使用上述夾具或夾持不牢，會對安全閥的密封面和其他內(nèi)部零件造成嚴重的甚至是無法彌補的損傷。 我公司電站安全閥是ASME第一篇的閥門，適用的介質(zhì)是蒸汽。這類閥門不可以用于水介質(zhì)。如果閥門在水壓的作用下打開，高壓水會沖刷密封面帶來損傷，閥門必然出現(xiàn)頻跳帶來劇烈震動而損壞閥桿組件，頻跳過程中閥門不停打開關(guān)閉使密封面之間夾著的水產(chǎn)生水錘現(xiàn)象使柔性閥芯破損。以上每一項損傷都可能導致安全閥完全報廢。四、造成安全閥工作不正常的因素對安全閥的不正確安裝和使用會影響它的正常工作，有時甚至造成安全閥本身的嚴重損傷及系統(tǒng)事故。以下是一些常見的影響安全閥正常工作的因素。1 頻跳安全閥的頻跳是一種閥門高頻反復開啟關(guān)閉的現(xiàn)象。在安全閥頻跳時，一般來說密封面只打開其全起高度的幾分之一或十幾分之一，然后迅速回座并再次起跳。頻跳時，閥瓣和噴嘴的密封面不斷高頻撞擊會造成密封面的嚴重損傷。如果頻跳現(xiàn)象進一步加劇還有可能造成閥體內(nèi)部其他部分甚至系統(tǒng)的損傷。例如： 導向平面由于反復高頻摩擦造成表面劃傷或局部材料疲勞失效； 密封面由于高頻碰撞造成損傷； 由于高頻振顫造成彈簧失效； 由頻跳所帶來的閥門及管道振顫可能會破壞焊接材料和系統(tǒng)上其他設備； 因為安全閥在頻跳時無法達到需要的排放量，系統(tǒng)壓力有可能繼續(xù)升壓并超過最大允許工作壓力。導致頻跳的因素：a. 系統(tǒng)壓力在通過閥門與系統(tǒng)之間的連接管時壓力下降超過3%。在閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時，閥門入口處的壓力是相對穩(wěn)定的。閥門入口壓力與系統(tǒng)壓力相同。當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門迅速打開并開始泄壓。但是由于閥門與系統(tǒng)之間的連接管設計不當，造成連接管內(nèi)局部壓力下降過快超過3%，使閥門入口處壓力迅速下降到回座壓力而導致閥門關(guān)閉。因為安全閥開啟后沒有達到完全排放，系統(tǒng)壓力仍然很高，所以閥門會再次起跳并重復上述過程，即發(fā)生頻跳。造成閥門與系統(tǒng)之間的連接管時壓力下降超過3%的因素有： 閥門與系統(tǒng)之間的連接管內(nèi)徑小于閥門入口管內(nèi)徑； 存在嚴重的渦流現(xiàn)象； 連接管過長而且沒有做相應的補償（使用內(nèi)徑較大的管道）； 連接管過于復雜（拐彎過多甚至在該管上開口用做它途）。b. 閥門的調(diào)節(jié)環(huán)位置設置不當。安全閥擁有噴嘴環(huán)和導向環(huán)。這兩個環(huán)的位置直接影響安全閥的起跳和回座過程。如果噴嘴環(huán)的位置過低或?qū)颦h(huán)的位置過高，則閥門起跳之后蒸汽的作用力無法在閥瓣座和調(diào)節(jié)環(huán)所構(gòu)成的空間內(nèi)產(chǎn)生足夠的托舉力使閥門保持排放狀態(tài)，從而導致閥門迅速回座。但是系統(tǒng)壓力仍然保持較高水平，因此回座后閥門會很快再次起跳。c. 安全閥的額定排量遠遠大于所需排量。由于所選的安全閥的吼徑面積遠遠大于所需，安全閥排放時過大的排量導致壓力容器內(nèi)局部壓力下降過快，而系統(tǒng)本身的超壓狀況沒有得到緩解，使安全閥不得不再次起跳。2 閥門拒跳當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門不起跳的現(xiàn)象?？赡苡梢韵乱蛩卦斐桑?閥門整定值過高； 閥門內(nèi)落入大量雜質(zhì)從而使閥瓣座和導套之間卡死或摩擦力過大； 彈簧之間夾入雜物使彈簧無法被正常壓縮； 閥門安裝不當，使閥門垂直度超過極限范圍（+2。）從而使閥桿組件在起跳過程中受阻。 排氣管道沒有被可靠支撐或由于管道受熱膨脹位移從而對閥體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力，導致閥體內(nèi)部機構(gòu)發(fā)生偏心而卡死。3 閥門不回座或回座比過大安全閥正常起跳之后長時間無法回座，閥門保持排放狀態(tài)的現(xiàn)象。可能由以下因素造成： 閥門上下調(diào)整環(huán)位置設置不當； 排氣管道設計不當造成排氣不暢，由于排氣管道過小、拐彎過多或被堵塞，使排放的蒸汽無法迅速排出而在排氣管和閥體內(nèi)積累，這時被壓會作用在閥門內(nèi)部機構(gòu)上并產(chǎn)生抑制閥門關(guān)閉