正確選用電站止回閥

                          上海申弘閥門有限公司

  摘要 

介紹了幾種典型電站止回閥的主要性能、結(jié)構(gòu)形式及工作原理,分析了影響止回閥密封性能及穩(wěn)定工作的不利因素,提出了止回閥選型的一般要求。  

 關(guān)鍵詞 發(fā)電站用閥;止回閥;流阻;選型   Abstract:Thepapergivessometypicalexamples,andintroducesmainperformances,structuresandoperationprincipiaofcheckvalvesinpowerplant.Itanalysesthedisadvantagefactorswhichaffectthesealingandstabilization,andbringsforwardcommonrequestsforchoosing.Keywords:powerplantvalve;checkvalve;flowresistance;selection

1 概述 

在管路中,止回閥的功能是允許介質(zhì)單向流動(dòng),防止其倒流。通常,這種閥門是自動(dòng)工作的。在一個(gè)方向流動(dòng)的介質(zhì)壓力作用下閥瓣打開。介質(zhì)反方向流動(dòng)時(shí),由于介質(zhì)壓力和閥瓣自重合力的作用,閥瓣回座,從而切斷介質(zhì)流動(dòng)。上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。在鍋爐和工業(yè)管道上使用的止回閥種類很多,其工作過程中常常會(huì)因出現(xiàn)噪聲、振動(dòng)、嚴(yán)重的壓力波動(dòng)和密封件磨損等情況而造成內(nèi)漏,嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致外泄漏并且損壞其他設(shè)備。正確的選用止回閥可以預(yù)防閥門內(nèi)漏,減少閥門故障,保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。因此掌握各種止回閥的使用性能和用途,有助于設(shè)計(jì)者和用戶正確選擇止回閥的類型和規(guī)格。

閥門是利潤(rùn)率低的產(chǎn)品，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。就閥門市場(chǎng)的分布，主要是依據(jù)工程項(xiàng)目的建設(shè)，閥門的大用戶是石化行業(yè)、電力部門、冶金部門、化工行業(yè)和城市建設(shè)部門。石化行業(yè)主要應(yīng)用API標(biāo)準(zhǔn)的閘閥、截止閥和止回閥；電力部門主要采用電站用高溫壓閘閥、電站截止閥、電站止回閥和安全閥及一部分給排水閥的低壓蝶閥、閘閥；化工行業(yè)主要采用不銹鋼閘閥、截止閥、止回閥；冶金行業(yè)主要采用低壓大口徑蝶閥、氧氣截止閥和氧氣球閥；城市建設(shè)部門主要采用低壓閥，如城市自來水管道主要采用大口徑閘閥，樓寓建設(shè)主要采用中線蝶閥，城市供熱主要采用金屬密封蝶閥；輸油管線主要采用平板閘閥和球閥；制藥行業(yè)主要采用不銹鋼球閥；食品行業(yè)主要采用不銹鋼球閥等。閥門在水處理行業(yè)中使用量較大，主要以低壓閥門產(chǎn)品為主，如蝶閥、閘閥、止回閥。據(jù)了解，目前市場(chǎng)上具有一定規(guī)模的閥門企業(yè)有2000余家，大多數(shù)分布在江浙及中原一帶。由于產(chǎn)品技術(shù)含量要求相對(duì)較低，因此，競(jìng)爭(zhēng)更為激烈。

一方面，我國(guó)閥門產(chǎn)品面臨著良好的發(fā)展機(jī)遇。隨著石油開發(fā)向內(nèi)地油田和海上油田的轉(zhuǎn)移，以及電力工業(yè)由30萬千瓦以下的火電向30萬千瓦以上的火電及水電和核電發(fā)展，閥門產(chǎn)品也應(yīng)依據(jù)設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域變化相應(yīng)改變其性能及參數(shù)。城建系統(tǒng)一般采用大量低壓閥門，并且向環(huán)保型和節(jié)能型發(fā)展，即由過去使用的低壓鐵制閘閥逐步轉(zhuǎn)向環(huán)保型的膠板閥、平衡閥、金屬密封蝶閥及中線密封蝶閥過渡。輸油、輸氣工程向管道化方向發(fā)展，這又需要大量的平板閘閥及球閥。能源發(fā)展的另一面就是節(jié)能，所以從節(jié)約能源方面看，要發(fā)展蒸汽疏水閥，并向亞臨界和超臨界的高參數(shù)發(fā)展。

電站建設(shè)向大型化發(fā)展，所以需用大口徑及高壓的安全閥和減壓閥，同時(shí)也需用快速啟閉閥門。成套工程的需要，閥門供應(yīng)由單一品種向多品種和多規(guī)格發(fā)展。一個(gè)工程項(xiàng)目所需的閥門，由一家閥門生產(chǎn)廠家全部提供的趨勢(shì)越來越大。

2 分類

211 升降式止回閥 升降式止回閥(圖1)的閥瓣沿著閥座中心線作升降式運(yùn)動(dòng),其閥體與截止閥閥體類似,甚至可以通用。在閥蓋導(dǎo)向套筒側(cè)部(圖1b)或閥瓣導(dǎo)向筒側(cè)部(圖1c)加工有泄壓孔。當(dāng)閥瓣上升時(shí),通過泄壓孔排出套筒內(nèi)的介質(zhì),以減小閥瓣開啟時(shí)的阻力。升降式止回閥靠介質(zhì)的壓力頂開閥瓣而導(dǎo)通,無介質(zhì)壓力作用時(shí)或介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí),閥瓣迅速回座與閥座緊密吻合而實(shí)現(xiàn)密封。雖然升降式止 回閥低進(jìn)高出的密封性能很好,但介質(zhì)通過升降式止回閥的通道很狹窄,因此介質(zhì)通過升降式止回閥的壓力降比旋啟式止回閥的壓力降要大。根據(jù)閥瓣結(jié)構(gòu),止回閥可分為球形升降式和活塞升降式。球形閥瓣式止回閥通常是DN≤50mm的鍛造閥,在球形閥瓣上部設(shè)置輔助彈簧(彈簧材料選用1Cr18Ni9Ti或50CrVA,這兩種材料經(jīng)過調(diào)質(zhì),有良好的綜合機(jī)械性能,能防止介質(zhì)的侵蝕),閥瓣在彈簧預(yù)緊力的作用下關(guān)閉。由于彈簧預(yù)緊力涉及到流量、壓差和閥瓣開啟力的大小,因此彈簧應(yīng)正確計(jì)算和選擇。彈簧預(yù)緊力計(jì)算公式為 QMT=F1 G8d4 nD3
2 式中 QMT———彈簧預(yù)緊力,N F1———彈簧預(yù)加變形量,mm G———材料切變模量(按GB/T1239選 取),MPa d———彈簧直徑,mmD2———彈簧中徑,mm n———彈簧有效圈數(shù) 球形閥瓣材料常選用Co103,因?yàn)槠涫褂霉r 為壓力PN≤60MPa,溫度t≤670℃,硬度40～46HRC,可用于粘性較大的流體或系統(tǒng)內(nèi)有水垢的場(chǎng)合。由于球形關(guān)閉件可以自由旋轉(zhuǎn),使球和閥座的磨損相對(duì)均勻。另外,球形關(guān)閉件密封可靠,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,拆裝方便,工藝性好,有良好的互換性,工作平穩(wěn),噪聲小,從而延長(zhǎng)了閥門使用壽
命。如介質(zhì)粘度較低(如水等),則可以采用閥瓣
為活塞式的止回閥,以減小流體介質(zhì)通過閥體時(shí)對(duì)閥瓣產(chǎn)生的激烈震動(dòng)。
(a)球形閥瓣 (b) 活塞式閥瓣 (c)彈簧活塞式
圖1 升降式止回閥

212 旋啟式止回閥
旋啟式止回閥(圖2)的閥座是焊在閥體內(nèi)的,閥瓣呈圓盤狀、靠閥座上某一支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)閥門的開啟與關(guān)閉。該閥體中腔采用內(nèi)壓自緊式密封結(jié)構(gòu),在介質(zhì)壓力作用下,能達(dá)到可靠密封。自密封填料選用密封性能良好的柔性石墨。近年來,由于超臨界火電機(jī)組、超超臨界火電機(jī)組的大量投產(chǎn)運(yùn)行,電站鍋爐對(duì)管道中止回閥的密封性、可靠性和安全性的要求越來越高,以確保發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)作。高參數(shù)及高性能的止回閥采用鑄鋼閥體已遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的要求,因此采用了強(qiáng)度更
高,可靠性更好的鍛焊結(jié)構(gòu)閥體(圖2b)。鍛焊結(jié)構(gòu)式止回閥閥體是由中閥體與兩端支管焊接組成的三片式閥體。中閥體按常規(guī)鍛造工藝,在普通鍛壓設(shè)備上采取自由鍛錘進(jìn)行粗鍛→終鍛→切邊熱模鍛,后鍛件接近成品零件的形狀和尺寸。鍛造中閥體精度高,機(jī)加工余量少,材料利用率可達(dá)70%～78%。中閥體鍛件可達(dá)到API602-1998《緊湊型碳鋼閘閥門》和JB/T7746-1995《縮徑鍛鋼閥》的技術(shù)要求。兩端支管采用厚壁無縫結(jié)構(gòu)鋼管,后焊接三部分閥體組裝成型。鍛焊結(jié)構(gòu)止回閥加工工序?yàn)殄懺熘虚y體和兩端支管毛坯→粗加工→焊前中閥體熱處理→中閥體與支管焊接→消除熱處理應(yīng)力→焊縫X光射線探傷及著色檢查→精加工→組裝成套試壓出廠。對(duì)于臨界工況使用的止回閥,采用可靠性高,鍛造工藝好的三片式鍛焊閥
體可以避免鑄鋼件閥體鑄造時(shí)存在的縮孔、夾渣和疏松等固有缺陷,增強(qiáng)了閥門的抗變形能力及閥體耐腐蝕能力,閥門的承壓能力和使用的可靠性及安全性都有極大的提高,從而確保閥門的穩(wěn)定工作。其該閥門系列產(chǎn)品應(yīng)用在國(guó)內(nèi)電站鍋爐管道上,運(yùn)行平穩(wěn),性能優(yōu)良。鍛鋼結(jié)構(gòu)閥門殼體承壓材料通常采用碳鋼、合金鋼和不銹鋼等材料,對(duì)于塑性材料制造的閥門,其壁厚按第四強(qiáng)度理論計(jì)算,即
SB′=PD213[σL]<-112P+C式中 SB′———計(jì)算壁厚,mmP———計(jì)算壓力,MPaD———閥體內(nèi)徑,mm[σL]———許用拉應(yīng)力,MPa<———焊縫系數(shù)C———附加腐蝕余量(根據(jù)壁厚選取),mm當(dāng)SB′-C≤10mm,C=6mm。SB′-C≤20mm,C=4mm。SB′-C≤30mm,C=3mm。SB′-C≤40mm,C=2mm。小閥體壁厚應(yīng)符合API600-2001《石油和天然氣工業(yè)用閥蓋螺栓連接的鋼制閘閥》標(biāo)準(zhǔn)要求,還應(yīng)進(jìn)行閥體強(qiáng)度校核。閥體壁厚的計(jì)算除考慮強(qiáng)度之外,還應(yīng)考慮其剛度及耐磨性,所以其小壁厚≥6mm較合適。鍛焊結(jié)構(gòu)止回閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為1300mm,其中中閥體長(zhǎng)630mm,符合API6D-2002《管線閥門》標(biāo)準(zhǔn)。焊接閥門的閥體與兩端支管采用單面搭接焊,焊縫系數(shù)<一般取都要求管道中流體介質(zhì)干凈、清潔,如安裝或檢修期間在管道中了焊渣或金屬碎片,將引起止回閥密封面的損傷和性能故障。

3 選型
止回閥工作環(huán)境應(yīng)盡可能選擇遠(yuǎn)離介質(zhì)脈動(dòng)源,振動(dòng)小,壓力波動(dòng)小,管道清潔的工況中。選用止回閥主要考慮管道系統(tǒng)內(nèi)流體的狀態(tài)、性質(zhì)、壓力和溫度等要求,還應(yīng)根據(jù)閥門的接管尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、摩擦系數(shù)、閥瓣耐磨性、強(qiáng)度、工作溫度和老化性等固有技術(shù)性能,合理地選用和科學(xué)的組合搭配,才能獲得理想的閥門使用效果。311 升降式止回閥適用范圍 一般情況下,管道接口尺寸決止回閥的使用類型。升降式止回閥主要適用于公稱直徑較小的水平安裝管道的場(chǎng)所(通常DN≤100mm)。球形閥瓣止回閥在彈簧預(yù)緊力的作用下關(guān)閉,此類閥門可以自由地安裝在管道中任何位置,擺放形式比較靈活。工作溫度≤450℃且工況壓力≤10MPa時(shí),大都選用帶法蘭接口的止回閥。而在工作溫度≥540℃,工況較苛刻的條件下,宜選用高參數(shù)焊接坡口連接的止回閥。312 旋啟式止回閥適用范圍 對(duì)于大口徑、流速較大的管道(通常DN>100mm),一般選用旋啟式止回閥。它啟閉速度快,其關(guān)閉滯后角度小,減少了關(guān)閉沖擊和回流損失。介質(zhì)流通時(shí)壓力幾乎不受阻礙,流阻小。

4 結(jié)語(yǔ) 

在電站鍋爐管道系統(tǒng)中正確合理地選用止回閥是保證安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),具體選型時(shí)要依據(jù)閥門的工作溫度、介質(zhì)、壓力和環(huán)境,
考慮其分類和應(yīng)用范圍來選取。隨著電站閥門的深入開發(fā),高消能工況將會(huì)越來越多,
對(duì)止回閥的性能要求也會(huì)越來越高,而與此相關(guān)的許多項(xiàng)目試驗(yàn)和研究也會(huì)不斷深入,并將在已有的研究基礎(chǔ)上不斷地改進(jìn)和*現(xiàn)有產(chǎn)品,開發(fā)出適合不同高消能工況的止回閥,以滿足電站鍋爐發(fā)展的需求。本文相關(guān)的論文有：中國(guó)閥門產(chǎn)值遞增

參 考文獻(xiàn) 

〔1〕 楊源泉.閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)〔M〕.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992. 

〔2〕 (美)J.L.萊昂斯.閥門技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工 業(yè)出版社,1991. 

〔3〕 王秀清.止回閥水錘分析[J].核動(dòng)力工程,1986,7(4).

4〕 C?耶格爾.水力不穩(wěn)定流〔M〕.遼寧:大連工學(xué)院出版社, 1987.

〔5〕 WylineEB,StreeterVL,FluidTransient(CorrectedEdi2 tion〔M〕.FebPress,Michigan,1983. 

〔6〕 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍛壓學(xué)會(huì).鍛壓手冊(cè)〔M〕.北京:機(jī)械 工業(yè)出版社,1993