指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案

指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案

本實(shí)用新型的目的是提供一種帶指揮器的微壓自力式調(diào)節(jié)閥，控制精度高，可比一般直接操作型調(diào)壓閥高一倍左右；調(diào)節(jié)壓差比大(如閥前0.8mpa,閥后0.001mpa)，特別適合微壓氣體控制。帶指揮器操作自力式減壓閥是不需要任何外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的執(zhí)行器產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用單座閥快開流量特性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，內(nèi)部采用無填料、無摩擦式活動(dòng)組件，介質(zhì)壓力穩(wěn)定，調(diào)節(jié)精度高，密封性能安全可靠，在運(yùn)行期間可任意對(duì)設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整等特點(diǎn)。因而它適用于各種工業(yè)爐燃燒系統(tǒng)燃料氣體、石油在制品或油庫(kù)貯罐保護(hù)氣體（氮封）與熱處理保護(hù)氣體的微壓自動(dòng)調(diào)節(jié)等場(chǎng)合。

帶指揮器操作式自力式壓力調(diào)節(jié)閥（簡(jiǎn)稱壓力閥）無需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量為動(dòng)力源、引入壓力閥的指揮器以控制壓力閥的閥芯位置，改變流經(jīng)閥門的介質(zhì)流量，使閥門后端壓力（B型）或前端壓力(K型)保持恒定。本實(shí)用新型涉及閥門技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶指揮器的微壓自力式調(diào)節(jié)閥。



指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案背景技術(shù)：

自力式調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源，依靠被測(cè)介質(zhì)自身壓力或溫度或流量變化，按預(yù)先設(shè)定值，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制裝置。根據(jù)市場(chǎng)需要，研發(fā)一種帶指揮器的微壓自力式調(diào)節(jié)閥，專門適用于微壓氣壓控制。

一）用途：

1.氣體減壓：如閥前0.2~0.8MPa時(shí)閥前面應(yīng)加減壓閥），閥后0.5~100KPa。

2.氮封裝置：供氮和泄氮裝置上。



3 指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案原因分析

3.1 主閥密封面泄漏

首先考慮的就是閥門密封面是否損壞，減壓閥密封面的損壞必將造成閥后壓力在達(dá)到設(shè)定值后，不能密封，從而使閥后壓力的繼續(xù)上升。那么對(duì)于指揮器型自力式減壓閥也一樣，由于氮?dú)鉁p壓閥的用戶為封閉的卸壓箱，主閥密封面的泄漏必將造成卸壓箱壓力的上升，直至達(dá)到報(bào)警值。由于缺陷發(fā)生時(shí)，方家山機(jī)組正處于首循環(huán)運(yùn)行期間，新機(jī)組的系統(tǒng)清潔度較低，如系統(tǒng)中的雜質(zhì)粘附在密封面上時(shí)，則極易引起密封面損傷，從而造成內(nèi)漏。

3.2 指揮器先導(dǎo)閥密封面泄漏

指揮器先導(dǎo)閥的密封形式為軟密封，閥芯的密封件為橡膠O型圈，其密封面為錐面密封。由于軟密封材質(zhì)補(bǔ)償量大，回彈率高，故軟密封形式的特點(diǎn)是密封性能好，密封比壓不用太高，通常不易泄漏。但如O型圈有老化、裂紋等缺陷或材質(zhì)問題，導(dǎo)致先導(dǎo)閥不能密封，那么就會(huì)通過上述兩種情況使減壓閥閥后壓力上升。

因此，指揮器先導(dǎo)閥密封面的泄漏也可能是導(dǎo)致閥門壓力上升的原因。

3.3 指揮器膜片泄漏

指揮器的膜片泄漏只要考慮上膜片室即可，下室無壓力。指揮器執(zhí)行器膜片泄漏的可能原因有膜片破損、膜片邊緣泄漏或閥桿上部O型圈泄漏。如指揮器執(zhí)行器膜片的泄漏較大或膜片破損，則將導(dǎo)致膜片室壓力過低，甚至不能產(chǎn)生壓力，那么指揮器閥芯就會(huì)在彈簧力作用下保持打開狀態(tài)，這樣閥后壓力就會(huì)持續(xù)上升，但同時(shí)閥后介質(zhì)通過破損的膜片泄漏。由于主閥芯通徑大于閥后引壓管通徑，進(jìn)氣速率大于泄漏速率，閥后壓力總體趨勢(shì)還是偏向上升；如指揮器執(zhí)行器的膜片室微量泄漏，由于其與閥后管道相通，膜片室壓力不會(huì)顯著下降，但閥后壓力會(huì)隨著閥后介質(zhì)的微量泄漏而緩慢下降，降至設(shè)定值以下時(shí)，指揮器先導(dǎo)閥打開，從而主閥打開補(bǔ)壓，達(dá)到設(shè)定值時(shí)都關(guān)閉，上述現(xiàn)象將會(huì)周而復(fù)始地出現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)應(yīng)呈現(xiàn)出壓力的上下波動(dòng)，而不是壓力的持續(xù)緩慢上升。



二）指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案特點(diǎn)：

1.壓力設(shè)定在指揮器上實(shí)現(xiàn)，因而方便、快捷、省時(shí)省力且可在運(yùn)行狀態(tài)下連續(xù)設(shè)定。

2.控制精度高，故適合在控制精度高的場(chǎng)合使用。

3.調(diào)節(jié)范圍比廣。

4.反應(yīng)特別靈敏，極小的壓力（如50mm水柱的壓力）或極小的壓力變化都可以感應(yīng)出來。

壓力調(diào)節(jié)范圍：壓力范圍0.25~6000kpa,分級(jí)調(diào)節(jié)。



一、指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案主要技術(shù)參數(shù)


1、閥門尺寸、公稱壓力及連接方式

閥門內(nèi)徑尺寸：DN15-500mm   (內(nèi)部過流通徑可以根據(jù)流通能力Cv值縮徑，最小可縮至3mm,0.01Cv值)

公稱壓力：ANSI Class125、150、300、600，JIS 10、16、20、30、40K，PN1.6、4.0、6.4、10、16、25MPa

法蘭標(biāo)準(zhǔn)：化工部HG20592-2009、化工部HG20615-2009、日標(biāo)JIS B2201-1984、美標(biāo)ANSI B16.5-1981、國(guó)標(biāo)GB/T9119-2010、機(jī)械部JB/T79.1～.4--1994 、石化部SH3406---1996等

連接型式：法蘭密封面形式有，F(xiàn)F光滑全平面、RF突面、MFM凹凸面、TG榫槽、RJ環(huán)連接

焊接形式：PL板式平焊、SO帶頸平焊、WN帶頸對(duì)焊、SW承插焊、PJ/SE對(duì)焊環(huán)松套、PJ/RJ平焊環(huán)松套或TH螺紋

材料：鑄鋼（ZG230-450）、鑄不銹鋼（ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、ZG00Cr18Ni12Mo2Ti）、高溫鉻鉬鋼、防腐蝕哈氏合金鋼等

2、上閥蓋與閥體密封形式：

（1）閥桿伸出類型

常溫標(biāo)準(zhǔn)型：-17～+230℃

伸長(zhǎng)Ⅰ型：-45～-17℃ +230～+566℃    帶散熱片高溫伸長(zhǎng)型

伸長(zhǎng)Ⅱ型：-100～-45℃                        低溫伸長(zhǎng)型

伸長(zhǎng)Ⅱ型：-196～-100℃                      超低溫伸長(zhǎng)型用于液氮等介質(zhì)

彈性波紋管密封型：適用于液氯、導(dǎo)熱油、氧氣、氫氣等易燃易爆高危介質(zhì)，防外漏

注:工作溫度不能超過各種材料的允許范圍。

（2）壓蓋型式：低壓螺栓壓緊式、中高壓美標(biāo)Class300以上壓力等級(jí)MFM凹凸面、TG榫槽閥蓋閥體密封；楚墨公司中高壓閥門閥體與上閥蓋都采用美標(biāo)高等級(jí)MFM凹凸面、TG榫槽面、RJ環(huán)連接密封。

（3）閥體、閥蓋密封特性及應(yīng)用工況

a、凹凸面密封：配套使用，安裝時(shí)便于對(duì)中，還能防止墊片被擠出，受力面積小，使用較小螺栓鎖緊壓力就可以達(dá)到強(qiáng)力密封，適用于壓力較高的場(chǎng)合，25Mpa以下。

b、榫槽面密封：同凹凸面差不多，也是一公一母的配對(duì)密封面類型，同樣是配對(duì)使用；但其墊片位于環(huán)狀凹槽內(nèi)，受兩側(cè)金屬壁的限制可免于墊片受壓變形而被擠入管道中；由于墊片不與管內(nèi)流體介質(zhì)直接接觸，較少遭受流體介質(zhì)的浸蝕或腐蝕，故可用于高壓、易燃易爆、有毒介質(zhì)等對(duì)密封要求較嚴(yán)的場(chǎng)合，如液氯等。

c、環(huán)連接密封：對(duì)于高壓工況如42Mpa,楚墨公司都使用RJ環(huán)連接密封，這種密封面專用于由金屬材料加工成形狀為八角形或橢圓形的實(shí)體金屬墊片配合，實(shí)現(xiàn)密封連接；由于金屬環(huán)墊可以依據(jù)各種金屬的固有特性，即自密封，因而這種密封面的密封性能好，對(duì)安裝要求也不太嚴(yán)格，適合于高溫、高壓工況，但密封面的加工精度較高。

3、填料：V型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉編織填料、柔性石墨、柔性石墨復(fù)合金屬纏繞填料、高溫高壓金屬填料。

4、閥內(nèi)組件  閥芯型式：?jiǎn)巫烷y芯。

5、流量特性：快開型；調(diào)節(jié)精度5%。

注：關(guān)于聚四氟乙烯閥座的工作溫度和壓差，參考流量特性曲線圖

6、閥體、閥座、閥芯、閥桿材料：不銹鋼（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、17-4PH、9Cr18、316L）、不銹鋼堆焊STL司鈦立特合金、鈦和耐腐蝕合金等；STL司鈦立特具有高的尺寸穩(wěn)定性，非常高的耐磨、耐蝕、 抗氧化和硫化能力，在870℃以下因高的熱硬性使合金具有高的磨損抗力，楚墨調(diào)節(jié)閥閥芯都使用不銹鋼堆焊STL，特別適用于高壓、高溫閥座閥芯強(qiáng)磨損工況。閥桿材料不銹鋼、合金鋼、雙相不銹鋼；在高溫高壓工況，我司調(diào)節(jié)閥閥桿都使用雙相不銹鋼，雙相不銹鋼在低應(yīng)力下有良好的耐中性氯化物應(yīng)力腐蝕性能，高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了AISI 316L，綜合力學(xué)性能好，有很高的強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度是18—8型普通不銹鋼的2倍。

7、閥芯結(jié)構(gòu)及功能：

（1）套筒籠式閥芯：平衡節(jié)流多孔型，起一定減壓、消除噪音作用，適用于閥前閥后壓力不是非常大場(chǎng)合，對(duì)蒸汽空化氣蝕起一定防范作用。

（2）多級(jí)降壓閥芯：刀片式切口能及時(shí)有效地刺破空化產(chǎn)生的氣泡，減少對(duì)閥體的沖蝕延長(zhǎng)使用壽命，遞減式降壓適用于高壓差場(chǎng)合。

8、適用介質(zhì)：水、空氣、蒸汽、燃?xì)?、“?dǎo)熱油、液氯、氧氣、氫氣等易燃易爆高危介質(zhì)（防閥桿密封外漏需加高彈性波紋管密封，同時(shí)應(yīng)選用ExdIIBT4防爆等級(jí)電動(dòng)執(zhí)行器）"、“氧氣、氫氣閥體需脫脂處理"。與常規(guī)調(diào)節(jié)閥不同，不適用于超高溫、超低溫、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)。

9、流量可調(diào)比：30：1

10、泄漏量標(biāo)準(zhǔn)：泄漏量-硬密封 ANSI Class IV、V;泄漏量-軟密封  ANSI Class V、VI     

11、自力式減壓閥工作原理：

（1）閥前壓力P1經(jīng)過閥芯、閥座的節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2。P2經(jīng)過引壓管線輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)上膜室內(nèi)作用在頂盤上，產(chǎn)生的向下移動(dòng)閥桿作用力與下膜室彈簧的向上移動(dòng)閥桿反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對(duì)位置，控制閥后壓力。當(dāng)P2增加時(shí)，P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時(shí)，頂盤上的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關(guān)向閥座的位置。這時(shí)，閥芯與閥座之間的流通面積減少，流阻變大，P2降低，直到頂盤上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使P2降為設(shè)定值。同理，當(dāng)P2降低時(shí)。作用方向與上述相反，這就是閥后壓力調(diào)節(jié)的工作原理。

（2）自力式減壓閥閥前壓力調(diào)節(jié)的工作原理同閥后壓力調(diào)節(jié)的工作原理，應(yīng)注意閥芯反裝。

（3）取壓引管位置：閥后或閥前70～100厘米，不能在閥前或閥后過近位置引壓，此時(shí)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)不能真正代表閥前閥后壓力，外螺紋引壓管接口，G1/4或G1/2外牙。一端連接管道，另一端連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜腔。

（4）壓力設(shè)定：通過調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的調(diào)節(jié)螺栓壓緊或釋放彈簧作用力，設(shè)定閥前或閥后壓力。

12、閥內(nèi)件特點(diǎn):高負(fù)載型  頂部導(dǎo)向不平衡內(nèi)件   籠壓式閥籠  快拆式結(jié)構(gòu)

13、閥門作用形式及方向

（1）閥的正作用－反作用是相對(duì)減壓閥的薄膜執(zhí)行器而言，推桿向下運(yùn)動(dòng)叫正作用，推桿向上運(yùn)動(dòng)叫反作用。 

（2）流開－流閉是對(duì)介質(zhì)而言的。在節(jié)流口介質(zhì)的流動(dòng)方向向著閥門打開方向流動(dòng)時(shí)稱為流開型，反之，向著閥門的關(guān)閉方向流動(dòng)時(shí)為流閉型。 

（3）減壓閥的正裝和反裝。閥芯有正裝和反裝兩種形式。閥芯下移，閥芯與閥座間的流通截面積減小的稱為正裝閥;相反，閥芯下移時(shí)，流通截面積增加的稱為反裝閥。 

14、執(zhí)行機(jī)構(gòu)配置：

a. 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)    b. 氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)



指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案流量特性曲線圖及特點(diǎn)分析


      1、 等百分比流量特性

等百分比特性的相對(duì)行程和相對(duì)流量不成直線關(guān)系，在行程的每一點(diǎn)上單位行程變化所引起的流量的變化與此點(diǎn)的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優(yōu)點(diǎn)是流量小時(shí)，流量變化小，流量大時(shí)，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調(diào)節(jié)精度。

2、 線性特性

線性特性的相對(duì)行程和相對(duì)流量成直線關(guān)系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時(shí)，流量相對(duì)值變化小，流量小時(shí)，則流量相對(duì)值變化大。

3、 快開特性：一般很少用，流量變化太大，調(diào)節(jié)精度不高。 一般調(diào)節(jié)閥都使用等百比特性，調(diào)節(jié)精度高，究其原因?yàn)榱髁颗c閥門開度呈對(duì)等相對(duì)值變化。



4 指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案原因排查與改進(jìn)措施

4.1 根本原因排查

首先檢查膜片泄漏，現(xiàn)場(chǎng)采用檢漏液檢查。經(jīng)檢查指揮器膜片無泄漏，排除了第一個(gè)原因，將原因進(jìn)一步定位在了主閥和先導(dǎo)閥的密封面上。維修人員通過關(guān)閉減壓閥后的球閥，發(fā)現(xiàn)壓力表壓力迅速上升，證實(shí)了主閥或先導(dǎo)閥密封面存在泄漏。由于解體先導(dǎo)閥較解體主閥來說時(shí)間短，所受輻射風(fēng)險(xiǎn)小，因此維修組選擇先檢查先導(dǎo)閥。先導(dǎo)閥的檢查只需拆除指揮器膜片螺栓，打開膜片室即可。經(jīng)過解體發(fā)現(xiàn)，指揮器的先導(dǎo)閥密封圈已破損，O型圈一側(cè)的外緣被切削掉一部分。隨后維修組對(duì)閥芯、閥座尺寸進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)閥芯上O型圈線徑為1.9mm，而閥芯槽寬僅為1.24mm，線徑大于槽寬，導(dǎo)致其不能進(jìn)入槽內(nèi)，安裝后外圓尺寸過大，閥門反復(fù)開關(guān)后易導(dǎo)致O型圈外側(cè)被閥座邊緣切削。由于當(dāng)時(shí)時(shí)間緊迫，現(xiàn)場(chǎng)改用線徑稍小的O型圈臨時(shí)替代，再次回裝后先導(dǎo)閥暫時(shí)無內(nèi)漏，閥門調(diào)節(jié)性能恢復(fù)正常?？梢?，引起該閥調(diào)節(jié)性能下降的直接原因?yàn)橹笓]器的先導(dǎo)閥密封面泄漏。

4.2 閥門結(jié)構(gòu)改進(jìn)

維修部門隨即將先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案提交給設(shè)備廠家，設(shè)備廠家根據(jù)改進(jìn)方案重新加工了指揮器先導(dǎo)閥的閥芯閥桿組件（先導(dǎo)閥閥芯改進(jìn)前后的尺寸如圖2所示）。在大修期間，維修部門利用大修的隔離窗口，更換了減壓閥指揮器先導(dǎo)閥的閥芯閥桿組件，并調(diào)整了閥座錐度，反復(fù)開關(guān)試驗(yàn)后檢查O型圈完好。待核島氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)恢復(fù)后，閥門再次投運(yùn)時(shí)，其密封性良好，調(diào)節(jié)性能正常，成功解決了方家山2#機(jī)組核島氮?dú)鉁p壓閥調(diào)節(jié)性能下降的疑難缺陷。



指揮器型自力式微壓減壓閥優(yōu)化改進(jìn)方案結(jié)束語(yǔ)

在電站運(yùn)行期間，閥門的問題層出不窮，且故障的表現(xiàn)形式各異。揮器型自力式減壓閥正由于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致其故障發(fā)生的原因有很多種，如何抓住重點(diǎn)，找出故障發(fā)生的根本原因，是解決問題的關(guān)鍵。在氮?dú)庀到y(tǒng)指揮器型自力式減壓閥的故障處理中，維修人員從設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理以及故障表征出發(fā)，首先在紛繁復(fù)雜的故障原因中篩選出可能導(dǎo)致此類減壓閥壓力上升的主要因素，并通過現(xiàn)場(chǎng)排查和驗(yàn)證，找出了問題的根本原因，最終針對(duì)性地制定了改進(jìn)措施，將設(shè)備缺陷消除。同時(shí)，指揮器型自力式減壓閥調(diào)節(jié)性能下降的原因分析和改進(jìn)，也展現(xiàn)了此類閥門問題的一個(gè)完整的分析和處理過程，可以為解決諸多類似的問題提供參考，具有一定的借鑒意義。



該閥無需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)（氣體）自身能量作動(dòng)力源，引入指揮器的檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以控制調(diào)壓閥的閥芯位置，改變流經(jīng)閥門的介質(zhì)流量，使閥后壓力保持在恒定值。該閥的特點(diǎn)：壓力設(shè)定值可在指揮器上實(shí)現(xiàn)，在運(yùn)行中可隨意調(diào)整，因而方便、快捷、省力；控制精度比一般調(diào)壓閥高一倍左右。