电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案

【资料简介】

1 电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案概述

随着现代工业自动化程度的不断发展，蒸汽参数愈来愈高，如何满足高参数蒸汽减压已成为研究者的关注重点。减压阀作为流体控制设备在石油、化工、电力、军事等行业领域发挥着不可替代的作用。减压阀依据控制单元反馈的信号，通过电动、液动、气动、电-液联动等执行机构调节阀门的开度，改变其节流面积，从而实现对压力、温度、流量等工艺参数的控制，满足用户的不同需要。设计阀门时应考虑到，蒸汽控制阀在使用过程中，大开度时压差小，随着开度的减小，压差愈来愈大；对于高温、高压工况，中腔密封要求较高；套筒与阀瓣间隙应设计合理。

　减温减压装置是用来调节蒸汽压力、温度的重要装置，在火力发电厂中锅炉产生过热蒸汽，如果锅炉不装备减温器，就无法将锅炉出口蒸汽温度控制在需要范围内，会使锅炉汽轮机等设备因超温损坏或造成重大事故。同时，在化工、轻工、医药、食品加工等一切使用蒸汽的生产工艺流程中，过热蒸汽作为机械能量的产生提供了的能源。而许多情况下，饱和蒸汽是更适合使用的，由于工艺及设备的原因，对压力、温度的控制也是的，通过减温减压装置可以得到合适的动力蒸汽。例如：当换热器用于制程操作时，使用过热蒸汽由于低的传热系数而降低效率，使用饱和蒸汽更加适合。另外当高压的干饱和蒸汽减压至低压时，在下游出口会产生过热度。这样都需要将过热的蒸汽降温至所需的接近饱和的温度，这就需要减温器。在很多情况下需要对高压过热的蒸汽同时进行减温和减压。减温减压装置是高效节能环保产品。减温减压装置配上相应的工业自动化仪表（即热控柜），可对电站或工业锅炉及热电厂等处输送来的一次（新）蒸汽压力P1、温度T1进行减温减压，使其二次蒸汽压力P2、温度T2达到生产工艺所需的要求。广泛用于热电厂、集中供热、食品工业、石化工业、纺织工业、橡胶工业、造纸和纸浆工业、烟草工业、制药等其它很多行业。为了满足不同设备工艺要求，我公司提供不同类型的减温减压（减温、减压）器，并实现全套智能化自动控制或DCS系统联网。

　　减温减压装置根据一次（新）蒸汽压力P1、温度T1、可分为高温高压减温减压装置、次高压减温减压装置、中温中压减温减压装置；减温减压装置根据使用情况又可分为减温装置、减压装置、减温减压装置。

　　减温减压装置一般根据一次蒸汽（新蒸汽）和二次蒸汽（即减温减压后的蒸汽）的参数及用量进行选择，经常运行的减温减压装置一般设置两套，其中一套作为备用；不经常运行的减温减压装置一般不考虑备用；备用的减温减压装置应处于热备用状态。设计计算时根据二次蒸汽的量确定进入减温减压装置的一次蒸汽和减温水量，减温水压力、温度应满足喷水及雾化的要求，水质不低于蒸汽品质。

2电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案 结构特性

2.1 低参数减压阀

对于低参数减压阀（一般指蒸汽工作压力≤5.4MPa，工作温度≤510℃），其蒸汽压力不高，减压幅度小，所以一般采用如图1所示的减压结构型式。低参数减压阀由阀体、阀座、密封垫、导向环、阀瓣组合件、套筒、阀盖密封垫、套筒密封垫、阀盖、阀杆、执行机构和支架组成。阀体采用合金钢铸件，平进平出结构，由于采用铸造式阀体，阀体内部设计成从进口到阀门出口的S形流道。介质从阀门进口流入，流经阀门组合式套筒上的节流口，从阀瓣节流口流出。阀门节流部分与阀盖采用法兰式密封结构。

2.2 高参数减压阀

本文所指的高参数为蒸汽工作压力≥9.81MPa，蒸汽工作温度≥540℃。高参数减压阀结构如图2所示，阀门由阀体、阀座、阀瓣、套筒、导向环、下定位环、下四开环、自密封阀盖、自密封圈、垫环、上四开环、支撑板和执行机构等组成。阀体采用合金钢整体锻件，呈平进平出结构，在阀体内部形成从进口到阀门出口的内部通道。

为了实现多次可调减压，结合蒸汽流动特性和减压机理，对高参数减压结构进行了结构优化与改进设计。介质从阀门进口流入，流经阀门组合式套筒上的节流口，从阀瓣节流口流出。节流减压过程主要利用流道的多次折弯，将大量的动能损耗在节流套筒之间，强行限制过高的介质流速和动力，从而降低动能。阀门节流部分结构与阀盖自密封结构相对独立互不干扰，确保了密封与行程互不影响。

3 电站减压阀节流件结构

高参数减压阀在使用过程中，大开度时压差小，随着开度减小，压差会愈来愈大。本文所设计的组合式套筒在大开度时，流体经过的套筒级数少，此时对应压差也小，随着开度减小，流体经过的套筒随之增多，可以很好地满足大开度压差小，小开度压差大的要求。

阀门的组合式节流结构如图3所示，采用高精密度配合解决多级笼罩的层面隔离，各个层面之间形成了不同折弯的节流通道，可以增大流阻，有助于消耗动能。通过轴向阀瓣升降、径向多级折弯流道，实现减压过程的平稳可调。

主要由阀体、阀座、阀瓣等零件组成，采用双阀座、双锥体阀瓣的结构。采用压力平衡式阀瓣，通过阀瓣升降调节压力可配用ZKZ-BC型或其它型直行程电动执行器实现遥控和自动控制。电动无级调节，二次压力稳定，控制精度高。操作简便，只需通过控制器修改二次压力设定。运行平稳

电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案产品主要性能参数：

	公称压力(Mpa)						1.6		2.5			4.0		6.4			10.0				16.0
	壳体试验压力(Mpa)						2.4		3.75			6.0		9.6			15.0				24
	密封试验压力(Mpa)						1.76		2.75			4.4		7.04			11.0				17.6
	进口压力(Mpa)						1.6		2.5			4.0		6.4			10.0				16.0
	出口压力范围(Mpa)						减压比0.6
	渗漏量						0.5%QMax
	温量-压力等级						ANSI B16.34
公称通径		50	65	80	100	125		150			200		250			300		350		400			500
配执行机构型号		ZKZ-310BC		ZKZ-410BC/ZKZ-510BC						ZKZ-510BC					ZKZ-610BC/ B+Z250/F1800
行程		25		30						50/30					50				60			100
推力(N)		4000		6400/1600						16000					2500
全行程时间(S)		20		32						37					62
输入信号		4-20mA DC
供电电源		220V 50Hz													-				380V 50Hz
基本误差(%)		≤±2.5
基本误差(%)		≤±1.5
基本误差(%)		≤3

 

 电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案产品主要零件材料：

零件名称	零件材料
阀体 阀盖 底盖	WCB
阀座	304
阀瓣	2Cr13
阀杆	2Cr13
垫片	柔性石墨/1Cr18Ni9
导向套	2Cr13
填料	柔性石墨
螺栓	35CrMoA
螺母	45

 

电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案产品主要尺寸：

PN1.6-4.0

公称通径DN	外 形 尺 寸
	L	L1	H	Hl
50	300	150	880	190
65	340	170	890	205
80	380	190	910	215
100	400	215	950	240
125	430	225	990	275
150	450	230	1090	320
200	500	260	1160	340
250	550	285	1230	370
300	750	395	1370	460
350	850	445	1450	530
400	950	550	1570	660
500	1130	680	1780	800

 
电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案PN6.4-16.0

 

公称通径DN	外 形 尺 寸
	L	L1	H	Hl
50	300	150	880	200
65	340	170	890	215
80	380	190	910	225
100	400	215	950	250
125	430	225	990	285
150	450	230	1090	330
200	500	260	1160	355
250	550	285	1230	390
300	750	395	1370	480
350	850	445	1450	550
400	950	550	1570	700
500	1130	680	1780	820

阀门采用带主副阀瓣结构的组合式阀瓣结构，可以实现减压阀关闭时的自紧式密封，同时减小了阀门启闭时执行机构推动主阀瓣的力。在减压阀打开过程中，副阀瓣先开启，介质通过副阀瓣顶部的平衡孔进入主阀瓣组合件的上腔内，平衡了阀瓣组合件的蒸汽压力，降低了主阀瓣后续开启所需的力。当阀门关闭时，主阀瓣先行关闭，副阀瓣在阀瓣组合件上腔内蒸汽的作用下向下压紧，从而实现自紧式密封。另外与普通副阀瓣不同，采用了碟簧组合结构的主副阀瓣组合结构，碟簧组合安装在副阀瓣和主阀瓣的中间部位，利用碟簧的预紧力消除了阀门的空行程，又可以避免阀门死区，阀门的控制精度可达±0.1%，与普通副阀瓣结构的阀门相比至少可降低30%的推力。

4 电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案中腔密封结构

在高温高压或更严苛的工况下，中腔密封是研究的重点。通常切断类阀门如闸阀、截止阀，多采用耐高温的非金属材料或金属与非金属组合的自紧密封件结构，但随着压力变化，阀盖位置也会有所改变。行程变化对于切断类阀门来说，影响较小，但对于调节类阀门来说却是大问题。因此，设计了一种通过自紧密封垫圈与垫环实现中法兰密封的结构，该密封圈采用弹性金属密封件。对新型中法兰自紧密封结构进行静力分析，优化其结构尺寸，保证在高温下密封可靠。通过大量密封件试验，采用斜度为23°的滑块制成自紧密封件，在一定的轴向作用力下滑块出现了弹性变形，如图4、图5所示。该密封结构就是利用了微小弹性变形的位移量，产生宝贵的密封比压，从而实现密封。通过试验得出的自紧密封圈的密封性能如表1所示。

电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案订合同时请提供：
1)、出口蒸汽流量Q、进口蒸汽压力P1、温度T1、出口蒸汽压力P2、温度T2；
2)、减温给水压力Pb、温度tb；
3)、注明控制方式；（仪表盘控制，DCS控制，DCS监视）
4)、控制类别：电动、气动、液动；
择气动阀时还必须提供：
1)、作用形式：气开式或气闭式； 正作用或反作用；
2)、气源压力；
3)、其它附件说明：用户如有特殊要求，应在商定后注明或另行签订技术协议。
注：1 出口蒸汽压力P2应不低于饱和温度所对应的压力值，或出口蒸汽温度T2 应不低于P2所对应的饱和温度值；
2 对减温减压一体式结构：减温给水的压力Pb≥0.6 P1＋0.8 MPa ；若Pb值太低，将无法喷入减温减压阀内减温。
（3）对减温减压分体式结构：减温给水的压力Pb≥ P2＋0.6 MPa ；

电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案附表：基本订货要求

装置的型号
装置的名称				数量（套）
出口蒸汽流量Q（t/h）			变化范围
进口蒸汽压力P1,（MPa）			变化范围
进口蒸汽温度T1,（℃）			变化范围
额定出口蒸汽压力P2,（MPa）			偏差范围
额定出口蒸汽压力T2,（℃）			偏差范围
减温水压力Pb,（MPa）			变化范围
减温水温度Tb,（℃）			变化范围
噪   音（dBA）	装置布置方式及结构形式			卧式□          立式□
进口配管尺寸	法兰	出口配管尺寸	法兰	减温配管尺寸
	焊接		焊接
控 制 方 式	电动控制 □        气动控制□        液动控制□
要求提供的文件
必要的安装调试服务
其     他
执行标准 特殊要求	NB/T47033《减温减压装置》

 注：不加注压力值为表压

电站高温高压蒸汽减压阀结构优化改进方案的供货范围为标志以内，主要有：

1.减压系统：减温减压阀或减压阀、节流孔板等；
2.减温系统：给水调节阀或可调喷嘴、截止阀、节流阀等；
3.安全系统：安全阀、止回阀等；
4.管路系统：蒸汽管道、混合管道、过渡管、减温水管等；
5.配套附件：截止阀、双金属温度计及接管、压力表及三通阀、弯道、接头、法兰、衬垫、   螺栓、螺母、垫圈等。