众所周知,在锅炉、压力容器等特种设备以及工业界所有输送液、气介质的管道网络中都会大量的使用到阀门,它是管道输送系统或部件转换与连接必不可缺少的部件。阀门质量的好坏直接影响到生产和安全,而阀门无疑是易损的部件。
1 阀门泄漏是一个不容忽视的问题
由于阀门开关的磨损、介质流动的磨损和腐蚀、杂质挤压等原因,阀门的密封面会形成坑陷、划痕、斑点等损坏。据统计,80%的阀门泄漏是由于阀门密封面的损坏引起的。阀门泄漏会造成传输介质流失;环境污染;生产故障(如调节阀的泄漏会造成化学产品的成分不准);重大事故灾难(如安全阀的泄漏会导致爆炸,有毒气体的泄漏等)。同时,在火电和核电行业,由于阀门泄漏导致的发电功率降低或紧急停机事故所造成的经济损失惊人。
2 解决阀门泄漏问题的途径
2.1 解决阀门泄漏的途径
解决阀门泄漏的途径:一是换阀门,二是修阀门。
2种解决阀门泄漏的方法各有优、缺点,但处理和高压、高温相关的特种阀门及大通径阀门的泄漏基本上是采取能修即修的办法。能修即修可以避免更换新阀门存在弊端。
新阀门的供货期长,一般要6个月到1年;事先定货,需要仓库和押置资金;新的阀门价格高昂;由此造成环境的污染和能源及材料的极大浪费,因大部分阀门只是密封面损坏;更换焊接阀门的割焊、接焊、去应力、校直等工序更是费时费力。
2.2 阀门的维修
历史上第一台阀门维修机械的专利是由美国的LEVIT—DEXTER公司于1904年申请获得的,修阀门分成大修和小修,现场维修和车间维修。
1)现场维修在历史上首先用于蒸汽船上,适于现场在线阀门的保养性的小修:阀门应定期拆开检查,有损即修,出现泄漏,迅速反应,快速修理,以降低泄漏损失和停产时间:不需要阀门拆卸和运输的时间和费用,特别是对焊接阀门;既不需要仓库中新阀门备件的储备和不依赖于新阀门的供货期;用于现场维修的机械是便携式机械,操作简便,多数情况一人即可。省时、省力、节省资金和资源,所以应提倡现场保养性维修。
2)车间维修加工适用于阀门的大修和特种复杂阀门的维修(加工),包括阀门从管道中拆卸、清洗去油、修理、检测和喷漆。因为阀体材料经过了在线的实际应用环境条件下的考验,所以质量能保证达到新阀门的标准。
3 国内阀门检修、维修业的现状与对策
长期以来,国内的大多数行业是以新换旧,把换下的阀门当废品扔掉或卖掉,特别是多用带法兰盘阀门的行业,而对换下的高压、高温、大阀门想修,但不知道怎样修。多数还停留在手工修理阶段。可以说中国的阀门维修业中,浪费与可获得的效益都是巨大的。某电站(4x5OMW~4x2OOMW)每年要修上万个汽机阀门和旁路阀门。电厂只有1台1992年从德国进口的研磨机,其余都是手工操作,不仅效率低下,而且精度达不到要求。而旁路高压减压阀泄漏,电厂却无法修理,送到上海维修效果也不理想。最近的几年,随着各个单位逐渐开始独立经济核算,降低成本,从管理人员到一线的维修工人都逐渐的意识到了修阀门的重要性,因为这方面所能节省的资金是极为可观的。然而这里的修阀门并不是指简简单单的修理,还要包括采用正确的修理方法和优良的研磨修复设备。
由于对阀门维修和检修的观念和设备缺乏,目前在国内只有核电站能够基本做到在每次停机检修期间对所有的阀门都进行检修。坏了再修是一种无保养性维修,这对于全套设备的安全运转和阀门的使用寿命都是极为不利的,其潜在的紧急停机事故的危险性极大,由此造成的损失也是巨大的。例如:天津某石化有1套从德国全套进口的生产装置,自1981年投产至1996年从来没有进行过检修,1996年当时发现有几个关键的填料阀泄漏,而德国厂家已经不再生产这种特种阀门了,若重新订货,不仅价格高昂,而且供货期很长,带来的经济损失巨大。
所以说,工业高温高压阀门的预防性保养和维修措施,是解决阀门泄漏和延长使用寿命中最经济和可靠的途径。如果在无保养性维修的情况下,一旦阀门泄漏,往往已经是损坏非常严重了,这不仅增大了修复的难度,而且常常甚至已经丧失维修的可能和价值。因此,对于组织和管理完善的阀门维修工作来说,不仅有关人员要有相应的意识,更重要的是预防和保养措施,即定期的对阀门进行检查(例如,阀门相对于外界的密封性,阀门在关闭状态下的密闭性等等)。预防性维修阀门的关键是在第一次发现阀门有泄漏现象时,立即对阀门进行修复,因为流通的介质即使在极微小的密封面坏损的情况下,也能在短时间内引起密封面的大面积坏损,以致造成昂贵的维修成本。
总而言之,对设备中所有的阀门进行定期的保养性检修以解决阀门泄漏的问题,从而提高成套设备运转的安全和可靠性。保养性维修主要是密封面的研磨修复以及修后的检测。波纹管截止阀是一种新型的截止阀,阀杆密封为为波纹管+填料的双重密封设计,密封性能比普通截止阀有着更加可靠的优越性。波纹管所形成的金属屏障能够防止泄漏,填料在波纹管失效后也能提供密封作用,应用更安全、节能、环保、零泄漏。
波纹管密封截止阀的关键部分是金属波纹管,通过自动滚焊盖和阀杆之间的连接,确保波纹管组件无渗漏。杭州瓦特节能工程有限公司的经验表明,波纹管截止阀在使用过程中波纹管破裂是最主要问题。波纹管的破裂原因的主要原因有如下三个:
柱失稳:指波纹管的波纹连接发生横向偏移,使波纹管偏移后的实际轴线成弧形或成s形。波纹管因总厚度不够,难以抵御试验压力或运行压力,波纹管波数过多及波纹管同轴度偏差大等都容易产生柱失稳。用于蒸汽系统时,水锤导致的阀杆变形或阀头位移容易导致柱失稳。
平面失稳:表现为一个或几个波纹平面相对于波纹管轴线发生转动而倾斜,但波纹管的圆心还基本在波纹管的轴线上。平面失稳的原因是由于在内压产生的子午向弯曲应力和周向膜应力的合力的作用下,波纹管发生了塑性变形,平面失稳多发生于波纹管处于压缩状态时;柱失稳或平面失稳得不到控制,波纹形状发生较大的变化脱离了原有的计算模型,位移又集中在某一个或某几个波纹上,最终将导致波纹管很快疲劳断裂。有时虽不至于立即破裂,但它大大降低了波纹管的疲劳寿命和承受压力的能力。
波纹管材质和阀杆材质不同,可焊接性能不同,焊接在一起时容易造成焊接缺陷,而导致波纹管容易穿孔。
阀芯阀座密封失效是波纹管密封截止阀使用过程中容易出现的另外一个主要问题。在日常使用大口径截止阀的用户中,大家常常反映一个问题,即波纹管密封截止阀用于压差比较大的介质上,如蒸汽、高压水等带压工作时,往往很难关闭,无论怎样用力关闭,总是发现会有泄漏现象,很难关紧,造成这一个问题的原因是由阀门的结构设计与人的极限水平输出力矩不足而造成的。也与阀芯阀座密封副的结构、材料、热处理、加工精度设计有很大关系,当用于蒸汽系统时传统的平面阀座设计有相当的影响。阀座硬度太小,则容易受冲蚀影响,阀座硬度太大则容易导致密封副之间的配合出现问题。
最新的锥形阀瓣设计,在阀门关闭时,具有“刮除效应”的锥形密封面能自动去除表面杂质,可以确保阀瓣有可靠的密封和更长的使用寿命。 一般会根据工况的要求提供各种阀瓣设计,能够设计为节流型阀瓣、截止止回型阀瓣、平面软密封等各种阀瓣设计。
当蒸汽系统启动时,需要对蒸汽管线进行预热(暖管),而预热过程一般要求很小流量蒸汽通过,使管线缓慢均匀加热到一定程度后,才能完全开启截止阀,避免造成管线急速升温而产生过度膨胀,损坏部分连接部位。但在这过程中,阀门开度往往非常小,从而造成冲蚀率远远大于正常使用效果,严重降低阀门密封面的使用寿命。
瓦特节能蒸汽工程师发现阀芯阀座的损坏经常表现在因为在节流口上,当阀门快被关闭的时候,根据流速与压差的公式V2=V1PΔ,正常蒸汽流速V1=40m/s,若蒸汽压力为10Barg时,其流速V2=126m/s,是正常流速的3倍!具有强大动能,这样,对密封面的冲刷力成倍成倍的增加,它可以很快将阀芯、阀座表面冲出线型的细槽,使阀的寿命成倍下降。另一方面,根据能量守恒原理,速度增大,压力必将急剧下降,在出口处产生闪蒸现象。瞬间就会产生强大的压力冲击波,使阀芯、阀座表面的材料被冲击成蜂窝状的小孔,并引起振动和噪声,这就是汽蚀。因此,要求阀瓣阀座材质的硬度和耐冲蚀性非常优秀才可以确保阀门的寿命。
DN150以上产品,必须加装三角定位装置,有效防止阀门在使用中颤抖,发出噪音,并导致的内件损坏现象,使用寿命有效提升150%以上。
阀体最好采用覆膜砂铸造或硅溶胶铸造技术,以便提高阀体表面光洁度及机械性能,减少气孔、砂眼、裂纹的出现,增强铸件的抗拉强度。
阀门的手轮设计应该采用确保容易抓握,并没有毛刺等凸起。手轮的直径太大容易造成关闭时阀芯阀座人为挫伤;太小则不容易关闭,加力扳手的使用会导致阀杆变形和密封副损伤。
阀杆最好采用渗氮等工艺处理,加大阀杆的耐磨损性。阀杆螺纹采用细牙滚压螺纹,避免阀门关闭以后产生的死区泄漏。
阀门在出厂时,必须经过100%的压力测试,测试压力为1.5倍的设计压力;当用于蒸汽时,需要进行100%的密封性测试,密封等级必须高于4级泄漏标准。
波纹管密封截止阀一般最大口径不超过350mm。当口径大于350mm时,波纹管截止阀不是最合适的选择,无论尺寸、重量、产品复杂程度、操作困难性都使得波纹管截止阀不再是合适的选择,选用波纹管闸阀、偏心蝶阀更加经济可靠。
众所周知,在锅炉、压力容器等特种设备以及工业界所有输送液、气介质的管道网络中都会大量的使用到阀门,它是管道输送系统或部件转换与连接必不可缺少的部件。阀门质量的好坏直接影响到生产和安全,而阀门无疑是易损的部件。
1 阀门泄漏是一个不容忽视的问题
由于阀门开关的磨损、介质流动的磨损和腐蚀、杂质挤压等原因,阀门的密封面会形成坑陷、划痕、斑点等损坏。据统计,80%的阀门泄漏是由于阀门密封面的损坏引起的。阀门泄漏会造成传输介质流失;环境污染;生产故障(如调节阀的泄漏会造成化学产品的成分不准);重大事故灾难(如安全阀的泄漏会导致爆炸,有毒气体的泄漏等)。同时,在火电和核电行业,由于阀门泄漏导致的发电功率降低或紧急停机事故所造成的经济损失惊人。
2 解决阀门泄漏问题的途径
2.1 解决阀门泄漏的途径
解决阀门泄漏的途径:一是换阀门,二是修阀门。
2种解决阀门泄漏的方法各有优、缺点,但处理和高压、高温相关的特种阀门及大通径阀门的泄漏基本上是采取能修即修的办法。能修即修可以避免更换新阀门存在弊端。
新阀门的供货期长,一般要6个月到1年;事先定货,需要仓库和押置资金;新的阀门价格高昂;由此造成环境的污染和能源及材料的极大浪费,因大部分阀门只是密封面损坏;更换焊接阀门的割焊、接焊、去应力、校直等工序更是费时费力。
2.2 阀门的维修
历史上第一台阀门维修机械的专利是由美国的LEVIT—DEXTER公司于1904年申请获得的,修阀门分成大修和小修,现场维修和车间维修。
1)现场维修在历史上首先用于蒸汽船上,适于现场在线阀门的保养性的小修:阀门应定期拆开检查,有损即修,出现泄漏,迅速反应,快速修理,以降低泄漏损失和停产时间:不需要阀门拆卸和运输的时间和费用,特别是对焊接阀门;既不需要仓库中新阀门备件的储备和不依赖于新阀门的供货期;用于现场维修的机械是便携式机械,操作简便,多数情况一人即可。省时、省力、节省资金和资源,所以应提倡现场保养性维修。
2)车间维修加工适用于阀门的大修和特种复杂阀门的维修(加工),包括阀门从管道中拆卸、清洗去油、修理、检测和喷漆。因为阀体材料经过了在线的实际应用环境条件下的考验,所以质量能保证达到新阀门的标准。
3 国内阀门检修、维修业的现状与对策
长期以来,国内的大多数行业是以新换旧,把换下的阀门当废品扔掉或卖掉,特别是多用带法兰盘阀门的行业,而对换下的高压、高温、大阀门想修,但不知道怎样修。多数还停留在手工修理阶段。可以说中国的阀门维修业中,浪费与可获得的效益都是巨大的。某电站(4x5OMW~4x2OOMW)每年要修上万个汽机阀门和旁路阀门。电厂只有1台1992年从德国进口的研磨机,其余都是手工操作,不仅效率低下,而且精度达不到要求。而旁路高压减压阀泄漏,电厂却无法修理,送到上海维修效果也不理想。最近的几年,随着各个单位逐渐开始独立经济核算,降低成本,从管理人员到一线的维修工人都逐渐的意识到了修阀门的重要性,因为这方面所能节省的资金是极为可观的。然而这里的修阀门并不是指简简单单的修理,还要包括采用正确的修理方法和优良的研磨修复设备。
由于对阀门维修和检修的观念和设备缺乏,目前在国内只有核电站能够基本做到在每次停机检修期间对所有的阀门都进行检修。坏了再修是一种无保养性维修,这对于全套设备的安全运转和阀门的使用寿命都是极为不利的,其潜在的紧急停机事故的危险性极大,由此造成的损失也是巨大的。例如:天津某石化有1套从德国全套进口的生产装置,自1981年投产至1996年从来没有进行过检修,1996年当时发现有几个关键的填料阀泄漏,而德国厂家已经不再生产这种特种阀门了,若重新订货,不仅价格高昂,而且供货期很长,带来的经济损失巨大。
所以说,工业高温高压阀门的预防性保养和维修措施,是解决阀门泄漏和延长使用寿命中最经济和可靠的途径。如果在无保养性维修的情况下,一旦阀门泄漏,往往已经是损坏非常严重了,这不仅增大了修复的难度,而且常常甚至已经丧失维修的可能和价值。因此,对于组织和管理完善的阀门维修工作来说,不仅有关人员要有相应的意识,更重要的是预防和保养措施,即定期的对阀门进行检查(例如,阀门相对于外界的密封性,阀门在关闭状态下的密闭性等等)。预防性维修阀门的关键是在第一次发现阀门有泄漏现象时,立即对阀门进行修复,因为流通的介质即使在极微小的密封面坏损的情况下,也能在短时间内引起密封面的大面积坏损,以致造成昂贵的维修成本。
总而言之,对设备中所有的阀门进行定期的保养性检修以解决阀门泄漏的问题,从而提高成套设备运转的安全和可靠性。保养性维修主要是密封面的研磨修复以及修后的检测。波纹管截止阀是一种新型的截止阀,阀杆密封为为波纹管+填料的双重密封设计,密封性能比普通截止阀有着更加可靠的优越性。波纹管所形成的金属屏障能够防止泄漏,填料在波纹管失效后也能提供密封作用,应用更安全、节能、环保、零泄漏。
波纹管密封截止阀的关键部分是金属波纹管,通过自动滚焊盖和阀杆之间的连接,确保波纹管组件无渗漏。杭州瓦特节能工程有限公司的经验表明,波纹管截止阀在使用过程中波纹管破裂是最主要问题。波纹管的破裂原因的主要原因有如下三个:
柱失稳:指波纹管的波纹连接发生横向偏移,使波纹管偏移后的实际轴线成弧形或成s形。波纹管因总厚度不够,难以抵御试验压力或运行压力,波纹管波数过多及波纹管同轴度偏差大等都容易产生柱失稳。用于蒸汽系统时,水锤导致的阀杆变形或阀头位移容易导致柱失稳。
平面失稳:表现为一个或几个波纹平面相对于波纹管轴线发生转动而倾斜,但波纹管的圆心还基本在波纹管的轴线上。平面失稳的原因是由于在内压产生的子午向弯曲应力和周向膜应力的合力的作用下,波纹管发生了塑性变形,平面失稳多发生于波纹管处于压缩状态时;柱失稳或平面失稳得不到控制,波纹形状发生较大的变化脱离了原有的计算模型,位移又集中在某一个或某几个波纹上,最终将导致波纹管很快疲劳断裂。有时虽不至于立即破裂,但它大大降低了波纹管的疲劳寿命和承受压力的能力。
波纹管材质和阀杆材质不同,可焊接性能不同,焊接在一起时容易造成焊接缺陷,而导致波纹管容易穿孔。
阀芯阀座密封失效是波纹管密封截止阀使用过程中容易出现的另外一个主要问题。在日常使用大口径截止阀的用户中,大家常常反映一个问题,即波纹管密封截止阀用于压差比较大的介质上,如蒸汽、高压水等带压工作时,往往很难关闭,无论怎样用力关闭,总是发现会有泄漏现象,很难关紧,造成这一个问题的原因是由阀门的结构设计与人的极限水平输出力矩不足而造成的。也与阀芯阀座密封副的结构、材料、热处理、加工精度设计有很大关系,当用于蒸汽系统时传统的平面阀座设计有相当的影响。阀座硬度太小,则容易受冲蚀影响,阀座硬度太大则容易导致密封副之间的配合出现问题。
最新的锥形阀瓣设计,在阀门关闭时,具有“刮除效应”的锥形密封面能自动去除表面杂质,可以确保阀瓣有可靠的密封和更长的使用寿命。 一般会根据工况的要求提供各种阀瓣设计,能够设计为节流型阀瓣、截止止回型阀瓣、平面软密封等各种阀瓣设计。
当蒸汽系统启动时,需要对蒸汽管线进行预热(暖管),而预热过程一般要求很小流量蒸汽通过,使管线缓慢均匀加热到一定程度后,才能完全开启截止阀,避免造成管线急速升温而产生过度膨胀,损坏部分连接部位。但在这过程中,阀门开度往往非常小,从而造成冲蚀率远远大于正常使用效果,严重降低阀门密封面的使用寿命。
瓦特节能蒸汽工程师发现阀芯阀座的损坏经常表现在因为在节流口上,当阀门快被关闭的时候,根据流速与压差的公式V2=V1PΔ,正常蒸汽流速V1=40m/s,若蒸汽压力为10Barg时,其流速V2=126m/s,是正常流速的3倍!具有强大动能,这样,对密封面的冲刷力成倍成倍的增加,它可以很快将阀芯、阀座表面冲出线型的细槽,使阀的寿命成倍下降。另一方面,根据能量守恒原理,速度增大,压力必将急剧下降,在出口处产生闪蒸现象。瞬间就会产生强大的压力冲击波,使阀芯、阀座表面的材料被冲击成蜂窝状的小孔,并引起振动和噪声,这就是汽蚀。因此,要求阀瓣阀座材质的硬度和耐冲蚀性非常优秀才可以确保阀门的寿命。
DN150以上产品,必须加装三角定位装置,有效防止阀门在使用中颤抖,发出噪音,并导致的内件损坏现象,使用寿命有效提升150%以上。
阀体最好采用覆膜砂铸造或硅溶胶铸造技术,以便提高阀体表面光洁度及机械性能,减少气孔、砂眼、裂纹的出现,增强铸件的抗拉强度。
阀门的手轮设计应该采用确保容易抓握,并没有毛刺等凸起。手轮的直径太大容易造成关闭时阀芯阀座人为挫伤;太小则不容易关闭,加力扳手的使用会导致阀杆变形和密封副损伤。
阀杆最好采用渗氮等工艺处理,加大阀杆的耐磨损性。阀杆螺纹采用细牙滚压螺纹,避免阀门关闭以后产生的死区泄漏。
阀门在出厂时,必须经过100%的压力测试,测试压力为1.5倍的设计压力;当用于蒸汽时,需要进行100%的密封性测试,密封等级必须高于4级泄漏标准。
波纹管密封截止阀一般最大口径不超过350mm。当口径大于350mm时,波纹管截止阀不是最合适的选择,无论尺寸、重量、产品复杂程度、操作困难性都使得波纹管截止阀不再是合适的选择,选用波纹管闸阀、偏心蝶阀更加经济可靠。