炎唐阀门

黑水调节角阀的气 蚀分析及改造方案

2015/2/7-黑水调节角阀的气 蚀分析及改造方案

仅供参考

 

渭化集团公司合成 氨装置灰水处理工段于1996年元月投入试运行 ,随着1号气化炉的投料试 车而进入了试生产阶段。洗涤水给水槽(V1408)的灰水回流调节角 阀FV-1404和FV-1405在投用后不到半年 的时间内,曾于1996年5月中旬阀体被介质 点状蚀穿而进行过一次补焊修复。修复后的调节角阀在运行了仅仅2个月之后,于 1996年7月间再次被流体蚀 穿,引起停车一次。经检查,阀体内壁及节流元件成海绵状,已被严重的腐蚀与气蚀。为了试生产的继续进行,采取了两项措施:一是向日本宇部公司索赔同型号同规格的灰水调节阀。二是对蚀坏的阀体采用超低碳不锈钢焊条对 阀体内壁实施大面积堆焊,以最短的时间复位。经过抢修之后继续使用的这两台调节角阀,由于内部结构已经严重蚀坏,失去了调节作用,只能作为连通管道使用。

 

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;

    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。

 

4、灰水调节阀改造 效果及推广应用

 

最初对FV-1405的改造采用了 FISHER公司的657/40-3”ET笼式阀,阀体采用 CFSM SST Cast材质,阀内件采用 17-4PH SST及416 SST材质,运行效果良 好,有效地降低了气蚀并消除了振动,无故障运行时间达到了4个月以上。

 

通过对阀内件的仔 细观察发现,仍有少量气蚀现象发生。换句话说,阀笼对流体在通过节流口之前,对流体能量的消耗能力不够。在流体收缩断面,部分流体的压力仍低于工作温度下的饱和蒸汽压。

 

在1406-3泵和1406-4泵项目上,回流阀 采用双层笼式阀,分阶段地压力降使闪蒸受到抑制,由于控制了流体的运动速率及减轻了流体的冲撞,调节角阀内部构件的寿命大大延长,流关式的结构不但消除固体颗粒的危害,而且使阀门关闭更加严密。

 

目前,FV-1404A调节阀、FV-1404B调节阀的无故障运 行周期至少在一年以上。
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