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水压试验阀技术

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1概述

水压试验阀(堵阀)是一种电站锅炉常用配套阀门之一,主要安装在过热器出口、再热器人口及再热器出口的蒸汽管道上,作为机组整体水压试验时的隔离装置用。水压试验以后,堵阀可留在管道上作为通道使用。

2应用

目前,电厂一般都采用水压试验阀作为锅炉机组整体水压试验时的隔离装置。水压试验时,阀瓣组件装入阀体内,用扳手调节螺钉,给阀瓣提供最初的预紧力。当水压试验介质压力升高时,在介质压力作用下,阀门达到可靠密封,而且介质压力越大,密封性能越好。水压试验完毕后,取出阀瓣组件,装入导流管组件,此时,阀门作为管道用,其内径与锅炉管道内径相同时,可以消除涡流和扩容的影响,减小流阻,并保护阀座密封面不受冲刷,延长阀门使用寿命。

3结构及选用

水压试验阀主要有堵板式和翻板式二种结构形式,目前国内大多数机组均选用堵板式。图1所示为用于300MW锅炉再热器出口管道上的堵板式结构的水压试验阀,型号为SD61H-64DN400,蒸汽最高工作温度为350℃,工作压力为6.6MPa。由阀体、阀盖、密封环、四开环、试验堵板、支撑板、预紧螺钉和导流管等组成,其具体结构组成与工作状态有关。安装在300MW锅炉过热器出口,再热器人口,出口蒸汽官道上,作为水压试验的隔离装置。采用压力自紧式密封结构,两端为焊接连接。采用平面O型圈密封,阀座采用不锈钢堆焊而成。中腔密封环可采用增强柔性石墨或金属密封环的内压自密封结构。当机组整体水压试验时,需要用专用扳手调节调整螺钉,给阀瓣提供初始预紧力,当介质力作用于阀瓣时,密封力增加,达到可靠的密封。中腔部位采用压力自密封结构。

管道试验状态时,支撑板和堵板安装在阀门内部,拧紧预紧螺钉,使堵板密封面间产生一定的初始密封比压,阻挡介质流向出口侧,介质压力使堵板与阀体密封面之间产生足够的密封比压,不论管道试验介质压力高低,均可保证密封,满足对支撑板一侧管道进行试验。待试验结束,去除堵板,安装导流管和阀盖等,此时阀门作为管道使用,下次水压时可再次装人堵板。

堵板式阀门正常使用时类似于一段管子,阀门流阻可忽略不计,对机组热效率没有任何影响。缺点是试验时拆卸阀盖、密封环等零件,费工费时,容易损伤密封环特别是金属密封环,需要有备件。

4锻焊结构水压试验阀

近年来,随着超临界、超超临界火电机组大量投产运行,发电机组性能要求不断提高,为确保锅炉机组安全可靠运行,阀门的结构也在不断的改进和完善,锻焊结构水压试验阀的开发和应用已成趋势。锻焊结构水压试验阀阀体一般是由中阀体锻件与两端支管焊接组成的三片式阀体,阀门内腔零部件全部采用锻件或板料。中阀体采用按常规锻造工艺锻制后机加工完成的长方体锻件。两端支管采用与锅炉管道材料一致或同系列的无缝钢管。四片式结构为中阀体由两段组成,中阀体中腔部分直接锻造成圆筒形,机加工量减小,中阀体下部分锻造成方体加工成型后与阀体中腔部分焊接。随着超临界、超超临界火电机组的大量投产运行,电站锅炉对管道中水压试验阀的密封性、可靠性、安全性的要求越来越高,锻焊结构阀体较铸钢件阀体强度更高,可靠性更好,可确保锅炉水压试验的有效性和发电机组安全稳定的运作。

对于大容量、高参数机组使用的水压试验阀,采用可靠性高,锻造工艺好的锻焊阀体是必要的。阀瓣、填料室、压板等零件采用锻件或板料,阀体中腔更加紧凑,阀门自重减轻,可提高材料利用率和降低成本,提升产品竞争力。采用锻焊结构阀体和锻造内件后,减少了铸件中很难避免的裂纹、夹砂、缩孔、砂眼及疏松等缺陷,增强了阀门的抗变形能力、承压能力和抗冲蚀能力,使阀门的刚度和使用可靠性及安全性都有极大的提高,从而确保阀门的稳定工作。锻焊结构阀体有中腔部位焊缝,增加了对焊、焊缝检查的费用。可以根据企业设备能力和运营状况,分析其成本,选择合适的设计方案。

5设计与制造

水压试验阀随机组长期高温高压运行,而且随着大容量、空冷、超临界、超超临界机组的增多,水压试验阀参数也越来越高,口径越来越大,阀门的可靠性显得至关重要。

5.1选用标准

阀门设计制造与验收应按照标准ASMEB16.34-2004《法兰、螺纹及焊接连接阀门》或E101{日本火力发电用阀标准》执行。标准中对材料温度、压力、阀体壁厚、各种材料选择、结构长度、法兰尺寸和焊接端等均作了说明,对特殊部位尺寸设计、各种检验项目、检查方法和判定基准进行了严格的规定,从根本上保证了阀门质量,提高了产品的可靠性。

5.2检验与试验的国内外标准

我国的GB/T13927-92和JB/T9092-1999,国际的IS05208-93,美国的APl598-96和MSSSP61-92,英国的BS5146-84和日本的JIS2003-87等,都明确规定了阀门的检验和试验标准,试验方法及评定标准,同时对试验压力,试验用介质及检验持续的最小时间等都做了明确的规定。阀门试验的标准总体上来讲可以分为两太体系:一是以ISO5208-93为主导的普通工业用阀门的标准体系。如GB/T13927-92、MSSSP61-92和BS5146-84。另一是以美国石油协会标准APl598-96为主导的标准体系。如JB/T9092-1999等。在检验和试验中。各标准的主要内容还是一致的。如强度试验压力是公称压力的1.5倍,液体高压密封试验为公称压力的1.1倍;气体低压密封试验约为6bar(0.6MPa),对壳体的试验要求是在所持续的时间内不允许有可见泄漏,非金属密封的阀门不允许有可见泄漏,试验介质的要求也相同。

5.3材料选择

材料选择的原则是根据管道材料和温度压力等参数来进行选择。对于600MW以下亚临界机组,主蒸汽管道介质工作温度在565℃以下,水压试验堵阀一般选用12CrlMoV、ZG20CrMoV、WC9、ZGl5CrlMolV低合金钢材料。GISCrlMolV和ZG20CrMoV具有很好的高温机械性能,但在高温状态下延展性变差,焊接性差,并伴随温度变化金属硬化性增加,裂纹倾向严重,特别是在热处理方法不当或热处理不规范时,极易产生比较严重的裂纹和延迟裂纹,给设备安装、使用、运行等带来极大安全隐患和困难。WC9有很好的高温机械性能,铸造和焊接性能优于Cr2MoV钢,对裂纹不敏感,在大量使用中未发现裂纹等问题。再热器冷段水压试验堵阀一般选用25、WCB、ZG230-450碳钢材料,600MW超临界机组及以上机组过热器、再热器出口堵阀一般选用A217-C12A(铸件)或sAl82~F91(锻件)材料。300MW、600MW亚临界机组过热器管道材料若为A335-P91,堵阀材料可选用A217-C12A或A182-F91,或选用ZGl5CrlMolV、WC9焊接SAl82-F91过渡段。1000MW超超临界堵阀选用锻焊结构。采用锻焊结构,可大大降低制造及材料成本,在规范焊接操作的情况下同样可以保证产品性能。

5.4阀门强度及刚度

大口径水压试验阀的强度计算可以按照ASMEB16.34等相关标准选取或者按照有关壁厚公式及应力分析公式求取,同时对高温工况进行强度校核。对于翻板式堵阀应进行阔体刚度校核,使阀体在强度试验压力作用下不能产生影响阀座密封的变形量。

6结语及建议

阀门是用于流体控制的管道装置,在电站、锅炉、核工业、航空航天等领域具有重要作用。水压试验阀作为隔离装置在锅炉系统水压试验中得到了广泛的应用。随着我国大容量、高参数火电机组的建设,对配套的水压试验阀的要求在不断增高,阀门产品可靠性越来越重要。因此对水压试验阀的选用应仔细分析不同结构阀门的性能,明确选型参数,指定内容全面的设计制造规范,合理选择阀体材料及整体锻、拼焊锻或铸造等加工方法,为实现高端阀门产品国产化创造条件。由于石油、化工、电站、造船、宇航及海底采油等工程的需要,促进了阀门工业的迅速发展。人们在加强阀门的结构、材质和生产工艺研究的同时,还应注意关闭件结构和密封面材料的研究改进,从而提高阀门的性能和可靠性,并降低成本,满足各方面对阀门性能的更高要求。

摘要:介绍了水压试验闽的应用,主要结构及选用方法,分析了锻焊结构水压试验阀的性能,强调了锻焊结构水压试验阀在电站工程中的应用价值,指出了水压试验阀设计和制造中的关键技术问题,为水压试验阀的有效生产提供了理论依据。

关键词:水压试验阀;堵板阀;锻焊结构

水压试验阀技术责任编辑:刘老师    阅读:人次
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