CROSBY安全阀技术特点.doc

安德森格林伍德克罗斯比阀门公司火电站用弹簧式安全阀设计特点及安装注意事项一、 阀门型号种类：HE ISOFLEX - 1 可用于过锅炉汽包。2 介质可以是饱和蒸汽。3 使用双环控制起跳、回座性能。4 系统压力大于等于96%整定压力时仍可保证密封性。5 可使用法兰或焊接入口。 6 尺寸有2.5 K 6,2.5 K2 6,3 M 6，3 M2 6和4 P2 8五种。7 整定压力可达3000psig （20.7 Mpag）。8 工作温度为饱和蒸汽温度。HCI ISOFLEX - 1 可用于过热系统和再热系统。2 介质可以是饱和蒸汽或过热蒸汽。3 使用双环控制起跳、回座性能。4 系统压力大于等于96%整定压力时仍可保证密封性。5 可使用法兰或焊接入口。 6 尺寸从1.5 H2 3 到 6 RR 10。7 整定压力可达3000psig（20.7 Mpag）。8 最高工作温度为1100 0F（593）。二、使用的标准American Society of Mechanical Engineers ( ASME)该标准分为十一篇，涉及到包括系统设计要求、材料以及焊接要求等几乎所有涉及压力容器的领域。其主要篇章，也是CROSBY VALVE INC产品所涉及的领域为：1. Section I: 直接受火的压力容器，一般情况下指使用煤炭、石油和其他有机燃料，如甘蔗、垃圾等，作为燃料的蒸汽锅炉。2. Section VIII: 非直接受火的压力容器，包括化工装置上的压力容器和管道、石油以及天然气运输管道和一切可能产生超压情况的容器。3. Section III: 涉及核电的设计、建造。American National Standard Institute ( ANSI)主要使用的标准有：1. ASME/ANSI B16.5. Pipe flanges and flanged fittings。该篇提供了标准法兰的材料、温度压力等级和外型尺寸。2. ASME/ANSI B16.34. Valves-Flanged, Threaded and Welding End。该篇涉及了温度压力等级、外型尺寸、公差范围、材料、检测、铸造以及锻造和机加工的法兰的测试和标注，另外还规定了阀门螺纹和焊接连接方式的公差和外型尺寸。三、克罗斯比弹簧式安全阀特点l 阀体部分1.法兰或焊接入口对于火电机组使用在高温高压蒸汽条件下的安全阀，我们建议使用焊接入口形式。2.整体铸造阀体阀体采用整体铸造形式，可以最大限度的避免机械加工和焊接等工艺方式对阀体造成的应力改变。3.无应力喷嘴安装方式采用不锈钢为材料的喷嘴以螺纹连接的方式旋进阀体入口管道内，然后在喷嘴的最下端使用局部封焊将喷嘴与阀体连接处焊牢。这样不但确保喷嘴与阀体结合紧密，而且更重要的是可以完全避免在阀体材料上采用焊接工艺所带来的材料应力变化和局部材料由于焊接导致的龟裂。一般锅炉用安全阀的喷嘴材料为316奥氏体不锈钢，且是从上部装入，Crosby阀体是整体的，故没有很厚的焊肉，喷嘴与阀体之间仅进行密封焊，焊肉很小，故焊接时热影响区温度不高，时间很短，因此喷嘴316材料内Cr元素不会析出，不会沿晶界生成碳化铬，不会发生龟裂现象，见图1。图2所示的结构是阀体下部还有一个管段，喷嘴是在焊接以前装入阀体，然后阀体与喷嘴一起加工坡口，再与管段焊接，一般阀体为碳素钢或合金钢铸件，喷嘴为奥氏体不锈钢，而管段为碳素钢或合金钢锻件，这形成了三种金属在一起的焊接热影响区，由于坡口处壁厚很厚，焊接时间很长，热影响区温度较高，极易造成316金属奥氏体固溶体晶粒内的Cr元素析出，沿晶界生成很脆的碳化铬层，在热疲劳应力和残余应力的作用下，存在喷嘴开裂的隐患，附图3所示为日本东京电力公司下属的各电厂发现该结构的阀门开裂并以切下更换的情况，已动手术切下来的锅炉机组有10套，共40个阀，因为喷嘴本身是受压元件，这样高的温度和压力穿透开裂会引起安全阀爆炸，造成很大的事故。图1 图2图3l 起跳和回座的调整采用上下环双环调节阀门的起跳和回座性能可以使阀门的起跳和回座更准确，同时也使调整更加方便。喷嘴环导环 我公司的安全阀均采用二环调节（如图所示），即导环（Guide Ring）和喷嘴环（Nozzle Ring），安全阀只需调节此二环，即可达到调整它的起跳和回座，使阀门达到在整定压力值时马上并正常的起跳排放蒸汽，以保证锅炉的安全，而在锅炉系统压力降至一定的压力值时，阀门迅速回座（回座率通常在2% 4%之间，依用户要求），由于我公司产品所独有的二环调节特点使得整定压力和回座的调节变得十分简单，由于互相干扰性小，使得调节精度高，减少了操作维修人员的劳动量。l 柔性阀芯： 由于在阀芯密封面被侧加工了一道环形的凹槽，使密封面具有一定的弹性，所以这类阀芯叫做“柔性阀芯”。从结构上比较，柔性阀芯对于普通平面阀芯的优点在于：一. 降低了阀杆力的作用点，密封性能提高。普通平面阀芯的阀杆力作用点不但高于密封面而且非直接作用在阀芯上。对于柔性阀芯的阀门，阀杆力作用点降低到密封面一下而且直接作用在阀芯上。这种结构上的改进使阀门的抗震动能力大幅提高，也就是密封稳定性大幅提高。换句话说，在阀门存在相同程度震动的情况下，柔性阀芯阀门更不容易发生泄漏。这种性能已在电厂安全阀改造中得到证实。某电厂的再热器管道震动比较严重，我公司的安全阀由于震动的原因不断发生泄漏。因此我们改造了十二个阀门中的两个。改造后的近三个月的满负荷运行中，所有未改造的再热器安全阀已发生泄漏，而改造后的两台安全阀没有任何泄漏。二. “柔性阀芯”结构不但提高了运行密封性能，而且提高了保持密封性的运行压力值。对于设计普通平面阀芯，当运行压力升高到阀门设定压力（即整定压力）的95%时阀门会出现预泄。对于弹簧式安全阀来说，预泄的存在是正常现象，而且预泄的存在在一定程度上可以帮助弹簧式安全阀起跳。因此克罗斯比公司每一次都会建议锅炉的设计者将设计压力与最大运行压力的差值定为5%以上。“柔性阀芯”结构将系统压力导入阀芯密封面被侧的环形的凹槽并作用在与阀芯密封面相对的环形斜面上，由于密封面具有一定的弹性，随着运行压力的升高，阀芯密封面被系统的压力向下推压产生微小变形并与喷嘴密封面紧密结合，从而使阀门预泄点推迟。在保证阀门整定压力准确的前提下，“柔性阀芯”结构可以使阀门在运行压力达到设定压力96%以 上仍然无泄漏。我公司最近调试通过的设计柔性阀芯阀门的预泄点分别达到了整定压力的98.5%甚至99%，而且起跳准确回座干脆、无泄漏。这一情况是在场的电建公司以及电厂人员有目共睹的。三. 在设计柔性阀芯阀门中取消了固定阀芯的开口销。这样可以完全消除由于震动造成的开口销断裂的可能。虽然开口销是以合金钢为材料，具有及高的强度和韧性，但是在长期或突发的强烈震动下有断裂的可能。开口销的断裂会导致阀芯移位、卡死，从而使阀门泄漏，甚至引起拒跳或不回座的故障。l 水压试验Crosby公司生产制造的阀门在出厂前已经进行过整阀的水压试验和整定压力试验，然后解体分为上部结构和下部结构分箱发运，上部结构在解体时，用一液压千斤顶拉起阀杆与阀杆相连的弹簧下部垫圈，阀瓣及阀瓣保护架同时均被拉起，然后在弹簧下部垫圈下面垫入垫铁，在松开液压千斤顶，由于存在垫铁，阀瓣就回不到原来位置，与喷嘴脱离，拆卸时不会碰伤密封面，同时又保持了弹簧的整定值，发运时，在下部结构上的喷嘴密封面上，安装了一个水压试验堵头，以避免运输过程中阀座密封面的损坏，阀门运到现场后，首先将阀体下部结构垂直焊接到位，此时用户并不急于安装上部结构，而是将下部结构中的阀座上的水压试验堵头拧下，装入随机所带的密封圈和密封圈支持架，然后再拧回到阀座上，此时在上部结构不参加的情况下可进行系统的水压试验，水压试验完毕后，拧下水压试验堵头，装上阀门上部结构并用液压千斤顶拉起阀杆，拿掉垫铁，在把液压千斤顶泄压，阀瓣就会缓慢放下，此时工厂内整定的整定压力，保持不变地压在喷嘴上，再检查导向环和喷嘴环位置，使之与工厂设定值一致，并用固定螺丝定位及铅封，阀门即告安装完毕。但是其他产品不是这样的过程，它们出厂时阀门为整体出厂，阀体内装的是水压试验堵头，按规定水压试验压力是整定压力的1.5倍，承受1.5倍整定压力的水压试验堵头是顶着阀杆进行试验的，由于阀杆很长，经常被顶弯，水压实验时工厂的整定压力值也随之失去，需在水压试验后重新整定，然后再拆开阀体，拆下水压试验堵头，换上阀瓣，再安装阀体，实际上与Crosby公司相比在工地现场工作中多了一道拆卸阀门，取水压试验堵头的过程。Crosby的出厂方式水压试验分为超压（1.5倍工作压力）和工作压力两种，对于不同压力的水压试验我们采用不同的方法。1、超压试验超压试验使用我公司专用的水压试验堵头见右图。每一个安全阀配一套试验装置，它包括：柱塞、压盖、柱销和两个密封圈（O型圈和支撑圈）使用水压试验堵头完成超压试验可以避免阀杆和阀杆组件承受过大的水压而损坏。由于超压试验的水压较高，如果使阀杆直接承受该压力，就有可能损坏阀杆和阀芯等零件。使用水压试验堵头做超压试验时，安全阀喷嘴的密封面与柱塞以及压盖之间是不接触的。这样就避免了密封面在水压试验时受损的可能性。注意：上图中箭头指向的部位在下阀体焊接到位后，上阀体安装就位前，必须小心保护，使用覆盖物仔细遮盖，以免进入杂物或水损坏阀体。2、工作压力试验使用阀杆夹具在进行工作压力的水压试验时，可以不必拆下上阀体使用水压试验堵头。我们准备了专用的水压试验阀杆夹具。见下图。注意：如果在做工作压力水压试验时没有使用上述夹具或夹持不牢，会对安全阀的密封面和其他内部零件造成严重的甚至是无法弥补的损伤。 我公司电站安全阀是ASME第一篇的阀门，适用的介质是蒸汽。这类阀门不可以用于水介质。如果阀门在水压的作用下打开，高压水会冲刷密封面带来损伤，阀门必然出现频跳带来剧烈震动而损坏阀杆组件，频跳过程中阀门不停打开关闭使密封面之间夹着的水产生水锤现象使柔性阀芯破损。以上每一项损伤都可能导致安全阀完全报废。四、造成安全阀工作不正常的因素对安全阀的不正确安装和使用会影响它的正常工作，有时甚至造成安全阀本身的严重损伤及系统事故。以下是一些常见的影响安全阀正常工作的因素。1 频跳安全阀的频跳是一种阀门高频反复开启关闭的现象。在安全阀频跳时，一般来说密封面只打开其全起高度的几分之一或十几分之一，然后迅速回座并再次起跳。频跳时，阀瓣和喷嘴的密封面不断高频撞击会造成密封面的严重损伤。如果频跳现象进一步加剧还有可能造成阀体内部其他部分甚至系统的损伤。例如： 导向平面由于反复高频摩擦造成表面划伤或局部材料疲劳失效； 密封面由于高频碰撞造成损伤； 由于高频振颤造成弹簧失效； 由频跳所带来的阀门及管道振颤可能会破坏焊接材料和系统上其他设备； 因为安全阀在频跳时无法达到需要的排放量，系统压力有可能继续升压并超过最大允许工作压力。导致频跳的因素：a. 系统压力在通过阀门与系统之间的连接管时压力下降超过3%。在阀门处于关闭状态时，阀门入口处的压力是相对稳定的。阀门入口压力与系统压力相同。当系统压力达到安全阀的起跳压力时，阀门迅速打开并开始泄压。但是由于阀门与系统之间的连接管设计不当，造成连接管内局部压力下降过快超过3%，使阀门入口处压力迅速下降到回座压力而导致阀门关闭。因为安全阀开启后没有达到完全排放，系统压力仍然很高，所以阀门会再次起跳并重复上述过程，即发生频跳。造成阀门与系统之间的连接管时压力下降超过3%的因素有： 阀门与系统之间的连接管内径小于阀门入口管内径； 存在严重的涡流现象； 连接管过长而且没有做相应的补偿（使用内径较大的管道）； 连接管过于复杂（拐弯过多甚至在该管上开口用做它途）。b. 阀门的调节环位置设置不当。安全阀拥有喷嘴环和导向环。这两个环的位置直接影响安全阀的起跳和回座过程。如果喷嘴环的位置过低或导向环的位置过高，则阀门起跳之后蒸汽的作用力无法在阀瓣座和调节环所构成的空间内产生足够的托举力使阀门保持排放状态，从而导致阀门迅速回座。但是系统压力仍然保持较高水平，因此回座后阀门会很快再次起跳。c. 安全阀的额定排量远远大于所需排量。由于所选的安全阀的吼径面积远远大于所需，安全阀排放时过大的排量导致压力容器内局部压力下降过快，而系统本身的超压状况没有得到缓解，使安全阀不得不再次起跳。2 阀门拒跳当系统压力达到安全阀的起跳压力时，阀门不起跳的现象。可能由以下因素造成： 阀门整定值过高； 阀门内落入大量杂质从而使阀瓣座和导套之间卡死或摩擦力过大； 弹簧之间夹入杂物使弹簧无法被正常压缩； 阀门安装不当，使阀门垂直度超过极限范围（+2。）从而使阀杆组件在起跳过程中受阻。 排气管道没有被可靠支撑或由于管道受热膨胀位移从而对阀体产生扭转力，导致阀体内部机构发生偏心而卡死。3 阀门不回座或回座比过大安全阀正常起跳之后长时间无法回座，阀门保持排放状态的现象。可能由以下因素造成： 阀门上下调整环位置设置不当； 排气管道设计不当造成排气不畅，由于排气管道过小、拐弯过多或被堵塞，使排放的蒸汽无法迅速排出而在排气管和阀体内积累，这时被压会作用在阀门内部机构上并产生抑制阀门关闭