超音速火焰噴涂技術(shù)在高壓差控制閥中的應(yīng)用

文遠(yuǎn)靜 高昌保 文四名 程鵬 袁良 韓福泉

（塔里木油田公司天然氣事業(yè)部，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

超音速火焰噴涂技術(shù)在高壓差控制閥中的應(yīng)用

文遠(yuǎn)靜 高昌保 文四名 程鵬 袁良 韓福泉

（塔里木油田公司天然氣事業(yè)部，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

牙哈作業(yè)區(qū)天然氣處理站計(jì)量分離器液位控制閥LV2202半年來一直存在內(nèi)漏問題，去年5月份對(duì)該閥拆卸檢修發(fā)現(xiàn)閥芯氣蝕嚴(yán)重，通過此次進(jìn)一步的探討，改變以往常規(guī)的更換閥芯、堆焊和研磨處理，制定針對(duì)性的維修方案，最終解決了閥門內(nèi)漏問題。

氣蝕、閥芯、堆焊、硬質(zhì)合金PTA熔敷、超音速火焰噴涂

1 前言

牙哈作業(yè)區(qū)天然氣處理站計(jì)量分離器液位控制閥LV2202，該閥是美國(guó)費(fèi)希爾公司（簡(jiǎn)稱Fisher公司）制造，壓力等級(jí)：CL1500∕3600PSI CWP。定位器采用美國(guó)費(fèi)希爾DVC6010-102∕HC智能閥門定位器，介質(zhì)是凝析氣，工作壓力11MPa，工作溫度50℃。氣蝕現(xiàn)象極為嚴(yán)重，該閥投用10多年來，運(yùn)行良好，只是近半年來工藝人員反映閥門存在泄露，并且漏量逐漸增大的趨勢(shì)，經(jīng)過多次故障處理情況沒有明顯改觀。考慮到該閥當(dāng)時(shí)不能長(zhǎng)時(shí)間停用，只能在檢修期間才能徹底處理。去年5月份檢修時(shí)對(duì)閥門閥體部分解體，發(fā)現(xiàn)閥芯氣蝕嚴(yán)重，需要經(jīng)過進(jìn)一步探討，研究新的方法進(jìn)行維修處理。

2 存在問題

液位控制閥LV2202凝析氣介質(zhì)在閥芯處節(jié)流時(shí)，流速急劇增加，靜壓能急劇轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，壓力急劇下降，當(dāng)壓力降低到液體的飽和蒸汽壓以下而使液體發(fā)生汽化，介質(zhì)流過節(jié)流孔（閥芯流通面積最小處）后，流速下降，壓力恢復(fù)，當(dāng)壓力恢復(fù)到大于液體的飽和蒸氣壓時(shí)，原先空化的氣體又恢復(fù)成液體狀態(tài)，這時(shí)空化產(chǎn)生的汽泡破裂會(huì)釋放巨大的能量會(huì)引起閥門噪音、震動(dòng)及閥內(nèi)件損壞，這就對(duì)該調(diào)節(jié)閥造成了很大的沖擊和破壞，而生產(chǎn)廠家在選型時(shí)是綜合考慮噪聲和正常開度時(shí)對(duì)該閥的沖擊和氣蝕作用，因此，更多考慮采用較好降噪效果的迷宮式閥籠，但大家都知道，迷宮式閥籠雖然對(duì)降噪有很好的效果，但是對(duì)抗擊沖刷和抑制氣蝕的能力較弱，所以，在使用一段時(shí)間后，特別是在頻繁開關(guān)該調(diào)節(jié)閥的過程中，會(huì)出現(xiàn)對(duì)該閥閥芯、閥座產(chǎn)生巨大破壞的嚴(yán)重后果。如圖1。

為了改變這一現(xiàn)狀，以前每次檢修也曾對(duì)閥芯閥座進(jìn)行過堆焊和研磨，但是不到三個(gè)月漏量仍然慢慢變大，說明只進(jìn)行簡(jiǎn)單的堆焊和研磨是解決不了問題實(shí)質(zhì)的。

經(jīng)過資料分析和維修單位的充分商討，大家一致認(rèn)為檢修效果不理想的原因出現(xiàn)在閥芯閥座維修材料上，以前堆焊和處理時(shí)用的材質(zhì)不能抗擊凝析氣的沖刷和氣蝕破壞，應(yīng)該從金屬材質(zhì)上和處理工藝上下功夫，徹底解決這一難題。

圖1 LV2202調(diào)節(jié)閥閥芯沖刷、氣蝕狀況

3 檢修思路和方案

首先，我們分析造成該調(diào)節(jié)閥破壞的主要原因，抓主要矛盾，針對(duì)主要矛盾采取措施。該閥內(nèi)介質(zhì)是凝析氣，不純的凝析氣略具有腐蝕性；從生產(chǎn)井輸過來的高壓凝析氣，經(jīng)過該閥的節(jié)流后，首先產(chǎn)生高流速的沖刷，隨著壓力的急劇降低，就會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，因此，來自該流程工況對(duì)閥門的損壞原因有三種：一為介質(zhì)對(duì)閥內(nèi)件材料的腐蝕，二是高壓差下介質(zhì)對(duì)閥內(nèi)件的沖刷損壞，三是常溫、高壓狀態(tài)下的氣蝕破壞。綜合考慮，氣蝕是最主要的破壞原因，其次才是介質(zhì)對(duì)閥內(nèi)件的高速?zèng)_刷，腐蝕作用很微弱，不是主要因素。因此，消除氣蝕現(xiàn)象或抗氣蝕才是保護(hù)調(diào)節(jié)閥的根本思路。

為了消除氣蝕現(xiàn)象，就只有改變調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)，將其改造為多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)，就可以大幅減少氣蝕發(fā)生的程度。但是，這必須要更換閥芯，不但造價(jià)高，而且很難和現(xiàn)有的閥座相匹配。或者改變工藝流程，消除發(fā)生氣蝕的條件，但是現(xiàn)有的工藝流程不允許改變，所以，消除氣蝕現(xiàn)象這條路走不通。

這樣，就只能靠增強(qiáng)調(diào)節(jié)閥的抗氣蝕能力了。經(jīng)過同國(guó)內(nèi)多家維修閥芯廠家的溝通，我們最終選定吳忠一家專門制造、維修調(diào)節(jié)閥的公司開展維修閥芯。該公司目前是國(guó)內(nèi)最大的調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)企業(yè)之一，再加上30多年的調(diào)節(jié)閥維修經(jīng)驗(yàn)，能夠維修各種國(guó)內(nèi)外調(diào)節(jié)閥、控制閥。該公司還有多種調(diào)節(jié)閥硬化工藝處理設(shè)備和專業(yè)的技術(shù)服務(wù)人員，具備多種如各類硬質(zhì)合金的堆焊(＞HRC52)、PTA(＞HRC52)、超音速噴涂(＞HRC62)技術(shù)處理等。通過和他們的充分接觸和了解，決定選用更加抗破壞的材質(zhì)在表面堆焊硬質(zhì)合金后，通過“碳氮共滲”工藝，針對(duì)閥芯、閥座氣蝕位置進(jìn)行機(jī)械加工修復(fù)，要求保證原外觀尺寸的同時(shí)保證采用硬質(zhì)合金進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，提高閥芯、閥座表面硬度，從而提高閥芯、閥座的抗氣蝕、抗沖刷能力，延長(zhǎng)使用壽命。具體制定如下兩個(gè)檢修方案：

方案一：采用硬質(zhì)合金PTA熔敷在閥芯、閥座表面，熔敷厚度2.5mm以上，硬度達(dá)HRC52以上。該方案的優(yōu)點(diǎn)是硬化層較厚，缺點(diǎn)是硬度不是很高，只達(dá)到HRC52以上；

方案二：采用超音速火焰噴涂技術(shù)，在閥內(nèi)件表面采用檢修公司從國(guó)外引進(jìn)的超音速火焰噴涂技術(shù)，在閥內(nèi)件(閥芯、閥座)表面噴涂WC等硬質(zhì)合金，優(yōu)點(diǎn)是硬度較高(高達(dá)HRC62以上)，且因噴涂過程中溫度不高，變形小、不會(huì)改變基體金相組織；缺點(diǎn)是為防止噴涂層開裂，噴涂層只能在0.5—0.8mm厚；閥座采用堆焊耐氣蝕硬質(zhì)合金。閥內(nèi)件噴涂、堆焊后進(jìn)行機(jī)械加工恢復(fù)其尺寸和形位公差，滿足使用要求。

一般情況下，除金屬銅單質(zhì)外，其它閥門常用的材料，尤其是不銹鋼類的材料都可用于凝析氣介質(zhì)。比如Monel合金等，雖然成分里含銅，但也有成功應(yīng)用于凝析氣的案例；也有用碳鋼做閥內(nèi)件內(nèi)部材質(zhì)，在其外表面噴涂與之相匹配的高硬度合金，用來抵抗氣蝕破壞的案例。因此，根據(jù)不同的閥內(nèi)件材料，相應(yīng)的硬化工藝技術(shù)也有很多。根據(jù)長(zhǎng)期對(duì)各化工廠的維修、改造案例經(jīng)驗(yàn)分析判斷，決定采用方案二進(jìn)行硬化處理，維修工期7～10個(gè)工作日，維修后預(yù)期可用約30個(gè)月。

4 方案實(shí)施

該調(diào)節(jié)閥檢修時(shí)經(jīng)過下線解體，檢查閥內(nèi)件，并精確測(cè)繪閥內(nèi)件及墊片，委托檢修公司按照方案二進(jìn)行閥芯的機(jī)械加工、堆焊和硬化處理，研磨配對(duì)等一系列修復(fù)工作，回裝打壓試壓合格后安裝，投用后效果非常好。

圖2 修復(fù)過的閥芯

5 ．結(jié)束語(yǔ)

調(diào)節(jié)閥的檢修一直是重要的檢修項(xiàng)目，因?yàn)樗P(guān)系到裝置安全、長(zhǎng)期、平穩(wěn)、滿負(fù)荷的運(yùn)行。而且關(guān)鍵調(diào)節(jié)閥又都是進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，價(jià)格昂貴，沒有售后維修，購(gòu)買新配件花費(fèi)很大，所以，需要我們集思廣益，打破舊觀念、敢于創(chuàng)新，利用新技術(shù)新方法，找到問題關(guān)鍵，群策群力，編制科學(xué)、合理的檢修方案，創(chuàng)造高水平高效益。這也符合塔里木油田公司的兩新兩高原則；同時(shí)也鍛煉了我們員工隊(duì)伍解決實(shí)際問題的能力，從中得到很大的啟發(fā)，更好的為公司發(fā)展做貢獻(xiàn)。

[1]《調(diào)節(jié)閥安裝施工規(guī)范》

[2]《CCI調(diào)節(jié)閥手冊(cè)》

[3]《閥門檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及閥門的技術(shù)要求》

[4]《調(diào)節(jié)閥施工安裝規(guī)范》