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          閥門知識

          自力式背壓調節閥的選用

          2020-09-21

          自力式背壓調節閥摘要

          介紹了自力式背壓調節閥的特性,分析了國內某核電站用輔助給水儲罐自力式背壓調節閥排量不足的原因,提出了將閥門更換為指揮器操作型背壓調節閥的解決措施,并通過開啟行程和流量系數試驗,證明指揮器操作型背壓調節閥滿足工況要求。

          自力式背壓調節閥概述給水儲罐氮封系統流程圖

          自力式壓力調節閥是一種無需外來能源,依靠被測介質自身壓力,按預先設定值,進行自動壓力調節的控制裝置,自力式壓力調節閥在石化和電力輔助給水儲罐氮封系統使用較為普遍。本文針對國內某核電輔助給水儲罐氮封系統的自力式背壓調節閥排量不足問題進行了分析,并提出了閥門換型的解決措施。

          自力式背壓調節閥的工作原理

          核電輔助給水系統的給水儲罐儲存除鹽除氧水,水上部采用氮氣封閉以保護水不受空氣的污染。儲罐的氮封系統(圖1)包括進氣和排氣兩部分。進氣部分主要裝置包括1個自力式減壓閥和1個手動隔離閥,排氣部分主要裝置包括1個自力式背壓調節閥和1個手動隔離閥。正常運行時,進氣和排氣管道的手動隔離閥保持開啟,氮氣從供給系統引入,經減壓閥減壓后供給儲罐。儲罐氮氣壓力要求穩定在10KPa(g)左右。

          當儲罐充水或氮封系統減壓閥失效時,儲罐的壓力會異常升高。為了防止儲罐因超壓而損壞,自力式背壓調節閥開啟排放多余的氮氣。自力式背壓調節閥的開啟設定壓力為12KPa(g),要求的zui大排量為316Nm3/h。在核電廠試驗過程中,當儲罐的充水速度為40t/h時,儲罐的高壓報警裝置(報警設定值為13KPa(g))被觸發,這表明自力式背壓調節閥的排量達不到系統設計要求。

          自力式背壓調節閥的原因分析

          ①功能和結構

          自力式背壓調節閥為介質直接作用型,氣室膜片的取壓孔設置在閥門內部(圖2)。系統正常運行時,閥門的氣室彈簧預緊力大于作用在膜片上的介質壓力,使得閥瓣壓緊閥座,閥門保持關閉。當介質壓力達到或超過設定壓力時,膜片下方的介質壓力能夠克服彈簧的預緊力,使閥門開啟。閥門的開度與閥門的超壓成正比。直接作用型背壓調節閥結構圖

          自力式背壓調節閥結構簡單,外形尺寸小,不需要設置外部取壓口,安裝方便。但是,閥門設定壓力精度不高,且在超壓工況有頻跳的現象。由于閥門膜片的取壓孔位于閥腔內,當閥門開啟并排放流量時,儲罐至閥門入口,以及閥門入口至閥門中腔都有流動引起的壓力損失,此處所取的壓力低于儲罐的壓力,不利于閥門達到要求的開度。另外閥門采用流關型結構,閥門開啟后介質的流動不利于維持閥門的開啟。當閥門開啟排放流量時,閥腔內部流動紊亂,壓力脈動較大,膜片經受壓力脈動會引起閥門顫振,容易引起膜片、閥桿及導向面損傷。閥門的閥瓣/閥座采用金屬密封(堆焊司太立合金),密封性能差。

          ②水力計算

          氮封系統中,自力式背壓調節閥與給水儲罐中間安裝有1個手動隔離閥、4個彎頭(3個90°,1個30°)和4.1m長的管道。經管道水力計算,在zui大工作溫度(60℃)下排放設計要求的zui大流量(316Nm3/h)時,閥門上游管道的氣體平均速度達到17.9m/s(氣體動壓0.18KPa),從儲罐到自力式背壓調節閥入口有0.73KPa的壓損,假定儲罐內氮氣壓力達到報警壓力13.0KPa(g),減去閥門上游的壓損和氣體動壓(該動壓不能利用),閥門入口靜壓僅為12.09KPa(g),閥門出口靜壓為0.72KPa(g)(該出口靜壓是用于克服下游排放管道的壓損)。

          由于閥門入口至閥門中腔有一定壓損,閥門中腔取壓孔處的壓力會低于閥門入口靜壓,即氣室膜片接收到的壓力會低于閥門入口靜壓12.09KPa(g)。按閥門設定壓力12.0KPa(g),此時膜片接收到的超壓小于0.09KPa(g),不到設定壓力的0.75%。經分析,閥門在如此小的超壓下無法達到要求的排量。

          自力式背壓調節閥的解決措施帶指揮器操作型自力式背壓調節閥

          根據分析,閥門的取壓孔不能設置在閥門入口或閥門內部,理想情況時設置在儲罐頂部或接近儲罐的排放管道處。由于儲罐為核安全設備,不允許在現有儲罐頂部開設取壓孔。而且儲罐已裝有除鹽除氧水,如果在排放管隔離閥前的管道開取壓孔,將造成罐內除鹽除氧水的污染。所以,采用指揮器操作自力式背壓調節閥(圖3)滿足設計要求的排量。閥門取壓口設置在上游隔離閥的出口80mm處,水力計算表明在zui大排量工況此處靜壓為12.28KPa(g)。

          指揮器操作型自力式背壓調節閥從外部取壓,并由先導閥控制主閥的開啟和關閉。正常運行時,在主閥瓣彈簧預緊力的作用下,閥門保持關閉。當先導閥入口壓力達到設定壓力時,先導閥開啟,將取壓管的壓力引入主閥氣室膜片上腔,使得主閥瓣彈簧壓縮,主閥開啟。當先導閥入口壓力低于設定壓力時,先導閥關閉,主閥氣室膜片上腔的壓力通過排氣針閥泄放,在主閥瓣彈簧預緊力的作用下,主閥關閉。排氣針閥的閥座通徑小于先導閥的閥座通徑,且開度可調。通過調節排氣針閥的開度可調節主閥氣室的排氣速度,實現主閥關閉時間的調節。指揮器操作型自力式背壓調節閥設定壓力精度提高,閥門關閉時間可調,在儲罐超壓工況可防止閥門的頻跳。閥門采用流開型結構,閥門開啟后介質的流動有利于維持閥門的開啟。閥瓣/閥座采用軟密封,閥門的密封性提高。

          自力式背壓調節閥的流量系數

          為了滿足系統要求的排量,需要計算閥門在zui大排量工況要求的流量系數Kv。

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          對于單座截止型調節閥,計算得到閥門要求的流量系數Kv=36.3m3/h。

          自力式背壓調節閥的試驗方法

          在閥門壓力試驗后進行了開啟行程和流量系數試驗。開啟行程試驗目的是測試閥門在取壓管壓力為12.28KPa(g)時的開啟行程。試驗閥門采用加長閥桿和特制下閥蓋,閥桿可伸出閥蓋,在閥桿下部可裝設測量閥門行程的百分表。試驗方法是通過取壓管向主閥氣室導入壓力為12.28KPa(g)的壓縮空氣,待壓力穩定后從百分表讀取閥門的開啟行程。試驗測得閥門的開啟行程為7.0mm。

          流量系數試驗介質為水。試驗采用于開啟行程試驗相同的閥門,閥桿伸出下閥蓋,伸出部分帶有螺紋,通過1個調節螺母將閥桿調至要求的開啟行程(7.0mm)。試驗得到閥門流量系數Kv為62.6m3/h,滿足系統設計要求。

          相對于直接作用型自力式背壓調節閥,指揮器操作型自力式背壓調節閥具有控制精度高、密封性好、可防止頻跳等優點,其性能滿足核電廠的設計要求。

          相關產品:ZZWP自力式溫度調節閥? ?ZZVP-II帶指揮器自力式壓力調節閥? ?ZZCP自力式微壓調節閥? ?自力式壓力調節閥(閥前閥后)

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