闸阀中腔异常升压的危害与防护

栏目:闸阀知识 发布时间:2021-12-02

摘要:分析了常用闸阀中腔异常升压的形成机理及其危害性,提出了平衡中腔异常升压的设计或安装中的实用防护方案,可供各类用户参考选择。

关键词闸阀异常升压泄压阀泄压孔外旁路

前言

闸阀通常有单闸板、双闸板、楔式、平行式等结构设计,其中楔式双闸板(Z42、Z62系列)及楔式弹性闸板(Z40、Z60系列)应用最为广泛,前者关闭时闸板自动吻合两侧阀座,自动补偿楔角的加工位置误差;后者则依靠闸板中部的弹性槽,靠阀杆的轴向推力补偿楔角的加工位置误差,两者均达到较好的密封效果。正是由于其双侧的优良密封,在某些场合会产生中腔压力异常升高现象,即当高温高压流体(液体或气体)被封堵于阀门中腔时,若上游侧(见图1)流体温度升高,中腔(见图1)流体会被热传递同步升高,由于中腔休积无法扩大,封堵中腔流体由冷态变为热态时,液体可能迅速汽化,导致压力急剧升高,增高的压力常常是几何级数。


图1中腔异常升压说明

阀门超压工作的后果是十分严重的。阀门中腔异常升压时,其承压件及启闭件的工作应力(如阀杆及闸板架的使用应力)均会急剧增加,驱动机构的驱动力会不堪重负,甚至无法启动,严重时阀杆拉断、闸板架断裂、电机烧坏,这些现象在许多高压大口径闸阀中屡见不鲜,不少用户常常抱怨这是闸板“咬死”,其实“咬死”的真实原因常常是中腔的异常升压这一“隐形杀手”。

典型的案例如Z962Y系列楔双闸板闸阀运用于火电厂给水系统及其旁路时,这类阀门一般先在冷态作水压试验后关闭,当机组启动时系统温度升高到250~300℃时,由于温度急剧升高,封闭中部的冷态水温会同步急剧升高汽化,使流体体积增大,压力升高,此时若要开启阀门要么驱动力矩足够大,要么阀杆组件强度足够高,否则常常出现阀杆断裂、闸板架断裂、闸板T型槽开花、断裂,使给水泵无法启动,导致严重的停炉停机事故。

2异常升压的危害

异常升压的形成在许多闸阀的应用场合会惊人相似地发生,因为其发生的两大要素在许多工业系统是相似的,即系统介质在开机后,由冷态变热态;闸板在冷态关闭,热态时开启。因而若不对系统采取措施,异常升压对系统的破坏几乎是无法避免的,其有3方面危害:

(1)对阀门本身的破坏

阀门壳体、阀盖及阀杆零件的强度一般以阀门的公称压力设计其强度,异常升压时,其开启压力会成倍提高,导致相关零件的使用应力成倍升高,当材料实际应力超过许用应力时,高应力部位会产生断裂破坏,导致阀门无法开启,阀门整机将损坏或报废。

(2)对系统安全的破坏

显而易见,壳体、阀盖等承压件超压时是非常危险的,一旦超压其薄弱部位或许会先发生穿孔,引起介质外漏;其填料及自密封圈部位往往会被高压流体冲出,引起介质大量外漏。当介质是高温气体、有毒气体、有害气体时会更加严重,甚至会造成设备与人员的伤害。

(3)对生产控制流程造成巨大损失

阀门的正常启闭是各类工业流程控制的关键,一旦这种控制无法实现时,系统瘫痪须停机检修,这将会造成巨大的直接或间接损失。

3防护措施

从设计、安装、调试等方面入手,从根本上消除中腔异常升压是完全有可能的,归纳常用3套方案供广大用户参考:

(1)阀门内部开设泄压孔

解决中腔异常升压的根本是平衡中腔压力,开设泄压孔是最经济有效的方案,图2所示分别为在上游侧闸板及进口侧阀座外圆开设了泄压孔,当中腔压力升高时,中腔压力会自动向上游侧泄放,始终保持中腔压力与上游侧压力相等,从而避免异常升压的发生。


图2阀门内部开设泄压孔

(2)阀门安装外旁路泄压

对已出厂的阀门可采用安装时外旁路及外设泄压阀降低中腔压力,如图3所示。


图3阀门安装外旁路泄压

采用外设带截止阀的旁路联通中腔与上游侧,当主闸板关闭后截止阀可关闭(视中腔温度变化情况,过高时须开启)。当开启主闸阀时,应先行开启旁路截止阀,降低中腔压力后再启动主闸阀。

(3)阀门外部安装专用泄压阀


图4阀门安装专用泄压阀

图4所示为在闸阀中腔外设泄压阀控制压力范围,设定泄压阀的排放压力为主阀门的额定工作压力,当中腔超压时,自动排放到设定压力,从而维护主闸阀的安全运行。


图5泄压阀的结构设计

图5为泄压阀的结构设计图(可供参考)。泄压阀前安装了截止阀,便于泄压阀的调整与检修。泄压阀的压力设定通常可按1.33PN考虑(PN为系统阀门的公称应力)。

除此之外,阀门调试时,尤其是电动阀调试时,应注意关闭行程及力矩的控制,尽可能将关闭力矩调小些,防止楔死闸板;高温阀门应考虑高温状态阀杆热胀引起的闸板楔死,建议高温高压大口径闸阀调试时,闸板到位后适当后退阀杆,避免真正咬死事故的发生。

4结语

异常超压是双阀座类闸阀的隐形杀手,严重威胁着设备及系统的安全运行,必须引起重视;闸阀,尤其是高温、高压、大口径闸阀设计安装时必须考虑异常超压的发生,并采取必要的预防措施。

  • 2021-12
    02
    此篇文章着重介绍闸阀型号、闸阀规格型号、闸阀型号说明及闸阀型号表示方法。 1闸阀型号编制方法标准 闸阀型号编制方法采用推荐性国家标准《GB/T32...
  • 2021-12
    02
    (1)楔式单闸板闸阀 ①结构较弹性闸阀简单; ②在较高温度下,密封性能不如弹性闸板阀或双闸板阀好; ③适用于易结焦的高温介质。 (2)弹性闸板闸...
  • 2021-12
    02
    闸阀具有流体阻力小,适用的压力、温度范围大等特点,是一种最常用的截断阀,用于截断或接通管路中的介质。通径收缩能使零件尺寸缩小,开、闭所需...
  • 2021-12
    02
    闸阀按阀杆的构造可分为 : 1、明杆闸阀:阀杆螺母在阀盖或支架上,开闭闸板时,用旋转阀杆螺母来实现阀杆的升降。这种结构对阀杆的润滑有利,开闭...
  • 2021-12
    02
    水封闸阀适用于工作压力1.6~10.0MPa,工作温度0~425℃的火力电站回水冷凝系统及石油、化工要求与大气隔离的管道上,切断或接通介质,适用介质为:水、油...
  • 2021-12
    02
    一、用途、性能及特点 平板闸阀是闸阀大家族中的一员,同楔式闸阀一样,它的主要功能是控制管路的通断,而不是调节管路中的介质流量。其优点是流体...
  • 2021-12
    02
    倒密封闸阀是指闸阀阀杆中间部位有个密封面,阀盖内部有个密封座,全开的时候接触到一起,起到密封作用,减少流体对填料的冲蚀,延长填料的使用寿...
  • 2021-12
    02
    摘要:近年来,中小型水库其输水洞放水设备,普遍采用平面钢闸门,另设单吊点或双吊点启闭机,闸门止水以P型和一型等橡胶止水,均存在普遍缺点,应...
  • 2021-12
    02
    摘要:通过有限元分析以及试验结果结合,分析了API6A高磅级暗杆平板闸阀实现阀前密封的技术难点。 关键词 : 高磅级 ; 暗杆闸阀 ; 阀前密封 一、前言...
  • 2021-12
    02
    摘要:通过对电动闸阀阀座圈堆焊合金容易造成变形的分析,改进了堆焊和加工工艺,提高了加工效率和产品质量。 关键词 : 闸阀 ; 堆焊 ; 合金 1电动...