鍋爐車間給水調節閥常見故障及處理

宋兆華

（中國石化洛陽分公司熱電部，河南洛陽 471012）

0 引言

熱電部1#、2#煤粉爐和3#CFB 爐給水系統均使用FISHER品牌調節閥對鍋爐給水量進行調節。為保證鍋爐正常給水，預防汽輪機水沖擊及汽包受熱不均而變形，給水調節閥以汽包水位（±50 mm）為控制目標，通過蒸汽產量和給水流量反饋作為三沖量控制手段對閥門開度邏輯控制。3 臺鍋爐給水系統多年來總體運行正常，但2014—2015 年給水調節閥故障頻繁，直接或間接造成鍋爐停工7 次，已成為影響鍋爐平穩運行的最大隱患因素。本文介紹鍋爐車間給水調節閥的結構、工作原理及常見故障，并給出了當給水調節閥故障條件下的操作及檢修方法建議。

1 給水調節閥的結構介紹

鍋爐車間現場所使用的給水調節閥均為單閥籠，帶合金閥座，高進低出，平衡式調節閥，詳細規格見表1。

表1 使用的給水調節閥規格

給水調節閥是在1 個單座閥體內插入1 個圓筒形閥籠，閥籠上開有一定流量特性的窗孔，以閥籠為導向，裝配1 個能在軸向自由滑動單閥芯（圖1）。當閥芯動作時，通過閥芯與閥籠圓孔所形成的流通面積的變化，實現流量調節。HPT 型高壓汽水調節閥具有允許壓差大，內構件更換、維修容易，流量大，調節范圍廣，動態穩定性好，噪聲低，空化腐蝕小等優點。適用于壓差大，要求工作平穩、噪聲低的場合，是應用較廣泛的調節閥。其閥籠又有迷宮式和多孔式兩種形式（圖2），鍋爐車間均為多孔式。

2 給水調節閥內構件材料介紹

鍋爐車間給水系統6 臺調節閥內構件材料見表2，材料性能見表3。熱電部鍋爐給水調節閥內構件材料，在硬度特性上存在著閥芯=閥座＞閥籠＞閥桿的關系。

圖1 給水調節閥基本結構

圖2 HPT 型高壓汽水調節閥閥籠

閥桿均選用了Nit 50（全稱Nitronic 50，在ASTM 標準中編號為S20910），是一款滲氮強化奧氏體不銹鋼，相當于國內牌 號 00Cr22Ni13Mn5Mo2N。其抗腐蝕性能優于316、61 6L、317 和317L，且室溫下屈服強度幾乎是它們的2 倍，但同時具有優秀的機械加工性能。閥籠材料均選用S17400 SST（簡寫17-4，H1075 為熱處理狀態代號）相當于中國牌號0Cr17Ni4Cu4Nb，是由銅、鈮構成的沉淀、硬化、馬氏體不銹鋼，具有高強度、高硬度。同1 臺調節閥的閥芯和閥座保持相同材料S41600 SST/416 SST HD 相當于國內牌號Y1Cr13，是改善3Cr13 切削性能的鋼種，其含碳量低，屬于易切削馬氏體不銹鋼，俗稱不銹鐵，因碳含量較高因此可以進行熱處理，其力學性能也因其熱處理狀態不同而各異；440C SST 不銹鋼是一種高碳高鉻馬氏體型不銹鋼，含碳量在1.0%，含鉻量17%，具有所有不銹鋼、耐熱鋼中最高的硬度和中等的耐磨性能。

3 裝置給水調節閥故障統計

2014—2015 年，因給水調節閥停工檢修的統計信息見表4。從統計中可以看出，由于閥芯卡澀或閥桿斷裂，導致給水調節閥失靈，從而引起汽包補水與蒸發量不匹配，是造成裝置生產波動乃至聯鎖動作停工的主要原因；調節閥大蓋及填料處密封外漏問題也曾多次出現，是威脅現場安全生產的因素之一。

表2 調節閥選型數據（節選）

表3 所選材料力學性能

表4 給水調節閥停工檢修

4 給水調節閥故障原因及處理

4.1 調節閥閥芯卡澀

給水調節閥出現卡澀的主要原因是介質不潔，含帶雜質，經常發生于新投運系統和大修后投運初期，是最常見的故障。在現有設備條件下，當出現這種情況時應在確保給水旁路或輔助調節手段投用后，保證水位穩定的情況下，手動開啟或關閉調節閥，促使雜質從閥芯閥籠間脫落。但當同一臺調節閥使用中頻繁出現卡澀故障時，就應該考慮調整盤根壓緊程度，減少其摩擦力或擇機檢查閥芯密封組件是否已損壞故障。

HPT 型給水調節閥為降低閥門漏量，設計在閥芯上沿安裝有密封組件（圖3）。密封組件由4 個獨立部分組成，熱電部鍋爐所使用的密封組件自上而下分別是保持環、背環、防脫環、密封環：①保持環結構類似環形鑰匙圈，起到鎖緊密封組件作用；②背環由不銹鋼或黃銅材料制成，起到增加密封組件穩定性的作用；③防脫環可防止閥芯上下動作時密封環自閥籠與閥塞間隙中擠出；④密封環外層材料為聚四氟乙烯（PTFE），內含不銹鋼螺旋形骨架，當溫度壓力上升后，由于PTFE 層膨脹，在閥芯和閥籠間起到密封作用。

聚四氟乙烯具有一系列優良的使用性能，使其成為密封環外層材料的不二之選：耐高溫，正常工作溫度≤260 ℃，熔點327 ℃；耐腐蝕，能耐王水和一切有機溶劑；抗老化，有塑料中最佳的老化壽命；高潤滑，具有塑料中最小的摩擦因數（0.04），比冰還要光滑；不粘性，具有固體材料中最小的表面力而不粘附任何物質。但聚四氟乙烯表面硬度相對較低，當輸送介質中出現焊渣、鐵屑等雜質會造成密封環劃傷損壞。若管道內當密封環損壞脫落，無支撐固定的背壓環在閥芯動作時就會出現側向偏移，與閥籠產生摩擦，使閥芯動作受阻（圖4）。

圖3 密封組件

4.2 調節閥動作失靈

當操作人員發出動作指令，但調節閥實際無法動作時，即出現調節閥失靈故障。除儀表線路故障外，調節閥失靈故障的直接原因均是執行機構與閥桿連接斷開，執行機構扭矩無法傳遞至閥芯造成。但故障的形成有2 種情況：①當調節閥使用電動執行機構時，電動執行機構與閥桿間銅套故障，導致電動執行機構無法帶動閥桿動作，銅套故障的原因除正常磨損外，要考慮當前閥門是否存在動作時內構件阻力過大或電動執行機構力矩設定不當等情況；②HPT 型給水調節閥閥芯與閥桿為螺紋連接，并在閥桿45°夾角方向安裝閥桿止退銷（圖5，銷材料一般與閥桿保持一致），鍋爐車間給水調節閥前后壓差較大，閥芯閥桿組件在工作時一方面承受水壓上頂形成的壓力，一方面承受執行機構傳遞的扭矩，長時間下易形成疲勞損傷，當閥桿斷裂或止退銷脫落，造成閥桿與閥芯脫開，也會導致調節閥失靈。為防止閥芯承受壓差過大，在閥芯頂端開有平衡孔以減少受力（圖6）。

圖4 留頂煤掘進期間防滅火注膠孔布置

圖5 HPT 型閥內件

4.3 調節閥閥芯閥籠沖蝕

據伯奴利方程，管道內流體流速提高壓力就會下降。在調節閥閥籠開孔和閥芯閥座這2 個節流部位，介質速度會大幅度提高，壓力急劇下降。如果流體在節流處的壓力低于汽化壓力Pv將產生汽蝕或閃蒸現象：如果液體流過管道節流處，壓力恢復后，下游壓力P2仍低于汽化壓力Pv（此時流體內仍有氣泡），這種現象稱為閃蒸；如果液體流過管道節流處，壓力恢復后P2高于汽化壓力Pv（此時流體內氣泡破裂），形成高速射流，這種現象稱為氣蝕。

熱電部鍋爐給水調節閥閥前壓力是12.5 MPa，閥后壓力在11.2 MPa 左右，給水溫度在150 ℃左右，此時的飽和蒸氣壓為0.475 MPa。由于調節閥前后壓差ΔP＞飽和蒸氣壓，會發生氣蝕情況。但實驗表明當ΔP＜2.5 MPa 時，即使產生氣蝕現象，對材料的破壞也不嚴重。鍋爐車間3#爐主給水調節閥在使用6 年后閥籠窗孔完好，閥芯僅有微弱沖蝕痕跡，總體并不嚴重（圖7）。因此，推薦的解決辦法是當對閥內件沖蝕劣化嚴重時，更換閥內件。

4.4 調節閥盤根或大蓋密封外漏

圖6 閥芯頂端平衡孔

調節閥發生大蓋處泄漏的原因主要是大蓋與閥體或閥籠處存有間隙。

間隙形成的原因有：①大蓋未壓緊，應考慮緊固大蓋螺栓；②大蓋墊片選用不當，或安裝不當，造成墊片與密封面接觸面積不足，應考慮更換安裝墊片；③當對閥門內構件以車削方式修復表面缺陷后，造成內構件軸向總高變化，導致大蓋密封面高度與墊片不匹配。

調節閥盤根處泄漏主要原因：①填料壓蓋未壓緊，應考慮緊固螺栓；②填料不足，具有倒角密封的閥門可以在閥門全開狀態下在線更換填料；③閥桿或填料函有損傷，此時應考慮檢修更換相應配件。

5 結語

經過多年使用觀察，FISHER 牌調節閥能滿足生產需要，設備運行相對穩定，維護簡單，但是仍應該遵守檢修規程，在每次大修期對調節閥進行解體檢查，防范故障于未然。

圖7 閥芯沖蝕痕跡