法蘭閘閥通常有楔式、平行式、單閘板、雙閘板等結(jié)構設計,其中楔式雙閘板(Z42、Z62 系列)及楔式彈性閘板(Z40、Z60 系列)應用最為廣泛,楔式雙閘板關閉時閘板自動吻合兩側(cè)閥座,會自動補償楔角的加工位置的誤差;楔式彈性閘板則依靠閘板中部的彈性槽,依靠閥桿的軸向推力來補償楔角的加工位置的誤差,這兩種均可以達到較好的密封效果。正是因為其雙側(cè)的較好密封,在某些使用場合會產(chǎn)生中腔壓力異常升高的現(xiàn)象,即當高溫高壓流體(液體或氣體)被封堵于閥門中腔時,如果上游側(cè)的流體溫度升高,那么中腔流體會被熱傳遞而同步升高,由于中腔休積是固定的無法擴大,被封堵中腔的流體由冷的狀態(tài)變?yōu)闊岬臓顟B(tài)時,液體可能迅速汽化導致壓力急劇升高,有時候增高的壓力常常是幾何級數(shù)。 閥門如果超壓工作那么后果是很嚴重的。閥門中腔異常升壓的時候,其啟閉件跟承壓件的工作應力(如閘板架跟閥桿的使用應力)都會急劇增加,驅(qū)動機構的驅(qū)動力會承受不住甚至無法啟動,嚴重的時候閥桿會拉斷、電機燒壞、閘板架斷裂,這些現(xiàn)象在一些大口徑高壓法蘭閘閥中經(jīng)常遇到,有時候因為不知道這種情況所以會抱怨這是閘板“咬死”,但其實“咬死”的真實原因常常是中腔的異常升壓這一“隱形殺手”。
典型的案例如Z962Y系列的楔雙閘板法蘭閘閥運用在火電廠給水系統(tǒng)及其旁路的時候,這種閥門一般是先在冷態(tài)作水壓試驗之后關閉,當機組啟動的時候系統(tǒng)溫度會升高到 250~300℃ 時,由于溫度急劇升高的緣故,封閉中部的冷態(tài)水溫會跟著同步急劇升高汽化,使流體體積增大、壓力升高,這個時候如果要開啟閥門那么驅(qū)動力矩要么足夠大,要么就是閥桿組件強度足夠高,否則的話會出現(xiàn)閥桿斷裂、閘板T型槽開花、斷裂、閘板架斷裂,使給水泵無法啟動,從而導致嚴重的停爐停機事故。
異常升壓的形成在許多法蘭閘閥的使用管道場合會驚人相似地發(fā)生,因為其發(fā)生的兩大要素在許多工業(yè)系統(tǒng)里是相似的,就是系統(tǒng)介質(zhì)在開機之后由冷態(tài)變熱態(tài);閘板在冷態(tài)關閉、熱態(tài)時開啟。因此如果不對系統(tǒng)采取措施,異常升壓的情況對系統(tǒng)的破壞基本上是無法避免的,其有3方面危害:
閘閥殼體、閥蓋及閥桿零件的強度一般以閘閥的公稱壓力設計其強度,異常升壓的時候,其開啟壓力會相應地大幅度提高,導致相關零件的使用應力跟著大幅度升高,當材料實際應力超過許用應力的時候,高應力部位會產(chǎn)生斷裂破壞,導致閘閥無法開啟,閘閥整機將損壞或報廢。
顯而易見,殼體、閥蓋等承壓件超壓時是很危險的,一旦超壓其薄弱部位或許會先發(fā)生穿孔的現(xiàn)象,引起介質(zhì)外漏;其填料跟自密封圈部位往往會被管道內(nèi)高壓流體沖出,引起管道內(nèi)流體大量外漏。當介質(zhì)是危險氣體時會更加嚴重,甚至會造成設備與人員的危害。
閥門的正常啟閉是各類工業(yè)流程控制的關鍵,一旦這種控制沒辦法實現(xiàn)的時候,導致的系統(tǒng)癱瘓就需要停機檢修,這將會造成巨大的直接或間接損失。
從設計、安裝、調(diào)試等方面入手,從根本上消除中腔異常升壓是有可能的,歸納常用3套方案供廣大用戶參考:
解決中腔異常升壓的根本是平衡中腔壓力,開設泄壓孔是較為經(jīng)濟有效的方案,分別為在上游側(cè)閘板跟入口側(cè)閥座外圓開設了泄壓孔,當中腔壓力升高的時候,中腔壓力會自動向上游側(cè)進行泄放,始終保持中腔壓力與上游側(cè)壓力相等,從而避免異常升壓的發(fā)生。
對已出廠的閥門可采用安裝時外旁路及外設泄壓閥降低中腔壓力。
采用外設帶截止閥的旁路聯(lián)通中腔與上游側(cè),當主閘板關閉后截止閥可關閉(視中腔溫度變化情況,過高時須開啟)。當開啟主法蘭閘閥的時候,應先行開啟旁路截止閥,降低中腔壓力后再啟動主法蘭閘閥。
在法蘭閘閥中腔外設泄壓閥控制壓力范圍,設定泄壓閥的排放壓力為主閥門的額定工作壓力,當中腔超壓時,自動排放到設定壓力,從而維護主法蘭閘閥的安全運行。
泄壓閥前安裝了截止閥,便于泄壓閥的調(diào)整與檢修。泄壓閥的壓力設定通常可按 1.33PN 考慮(PN 為系統(tǒng)閥門的公稱應力)。
除此之外在進行閥門調(diào)試時,特別是電動閥調(diào)試時,應注意關閉行程及力矩的控制,盡可能將關閉力矩調(diào)小些,防止楔死閘板;高溫閥門應考慮高溫狀態(tài)閥桿熱脹引起的閘板楔死,建議高溫高壓大口徑法蘭閘閥調(diào)試時,閘板到位后適當后退閥桿,避免真正咬死事故的發(fā)生。
異常超壓是雙閥座類法蘭閘閥的隱形殺手,嚴重威脅著設備及系統(tǒng)的安全運行,必須引起重視;法蘭閘閥,尤其是高溫、高壓、大口徑法蘭閘閥設計安裝時必須考慮異常超壓的發(fā)生,并采取必要的預防措施。