1 之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)在介紹電廠熱循環(huán)系統(tǒng)硬密封球閥改進閥門及系統(tǒng)功能簡介
電廠第二回路熱循環(huán)系統(tǒng)的排水管裝有氣動排氣閥，將排水引至普通汽輪機高壓收集器，并將排水放進冷凝器。該閥主要由上游排水袋液位開關(guān)控制。隨著排液袋液位的增加，液位開關(guān)動作被觸發(fā)。當(dāng)CI報警發(fā)送到主控制室時，氣動排水閥自動開啟排水，液面恢復(fù)后由延時繼電器設(shè)定開啟時間后自動關(guān)閉。所述疏水袋設(shè)置在較低的疏水點，用于收集凝結(jié)水。由于第二回路排汽閥溫度高、動作頻繁，采用氣動硬密封球閥。受系統(tǒng)溫度的限制，不能使用聚四氟乙烯等非金屬閥座，而采用金屬閥座的硬密封形式。氣門球和閥座在超音速下噴涂硬質(zhì)合金，其硬度高于普通堆焊層，氣門球的硬度高于閥座的硬度。這種球閥結(jié)構(gòu)屬于浮式兩片式，進氣側(cè)閥座密封，中間法蘭的預(yù)緊力提供初始填料密封力，依靠進口側(cè)閥座底部的蝶形彈簧來保持密封力。該球閥口徑從1.5～4 in不等，壓力等級為CL600與管道下游的連接方式為對接焊，屬氣動兩位開關(guān)閥，氣缸為帶手輪操作裝置的彈簧復(fù)位式單作用活塞式氣缸，如圖1～圖2所示。 
2 電廠熱循環(huán)系統(tǒng)硬密封球閥改進閥后自帶不銹鋼管道沖蝕情況
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥典型蒸汽疏水球閥閥體結(jié)構(gòu)圖1.球體2.進口側(cè)閥座3.彈簧4.閥桿5.閥體6.氣動執(zhí)行器7.指示器8.閥體螺栓9.填料組件蒸汽疏水球閥在安裝時本身自帶一段管道，以閥后管線砂眼的PV4115為例其材質(zhì)為ASTM A182等級F22高溫鍛造鉻鉬不銹鋼，焊接管道為ASTM A106B高溫作業(yè)用碳素鋼無縫鋼管。本次發(fā)現(xiàn)泄漏的部位并非位于系統(tǒng)碳鋼管道上，而是在閥門自帶的不銹鋼管段。閥后自帶管段壁厚測量方式如圖3所示。利用超聲波測厚儀（型號26MG，儀器精度±0.1mm）對閥后不同材質(zhì)管道進行逐點測厚，如表1所示。
表1 壁厚測量結(jié)果mm 根據(jù)表1測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)不銹鋼管段A3區(qū)域測厚數(shù)據(jù)發(fā)生了異常減薄，而焊縫后的碳鋼管段未見明顯管壁減薄現(xiàn)象。其他區(qū)域壁厚分布無明顯規(guī)律性。隨即對漏點區(qū)域（長度為閥門法蘭至管道變徑處，寬度為管道底部中心向兩側(cè)延伸各45°位置）進行擴大檢查。
從表2數(shù)據(jù)可以看出，閥后直管段漏點附近數(shù)據(jù)測量值為9.0～9.3 mm之間，對其進行擴大檢測，發(fā)現(xiàn)管道底部一整片區(qū)域數(shù)據(jù)異常，區(qū)域內(nèi)部分位置超聲波測厚儀無法獲得反射數(shù)據(jù)，可測得數(shù)據(jù)在9.0～12.2 mm之間。
常用的硬化工藝主要有以下幾種：
（1）球體表面堆焊硬質(zhì)合金，硬度可達(dá)30HRC以上，球體表面堆焊硬質(zhì)合金工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，且大面積堆焊易使零件產(chǎn)生變形，目前對球體表面硬化的工藝使用較少。
（2）球體表面鍍硬鉻，硬度可達(dá)40～55HRC，厚度0.07～0.10mm，鍍鉻層硬度高、耐磨、耐蝕并能長期保持表面光亮，工藝相對簡單，成本較低。但硬鉻鍍層的硬度在溫度升高時會因其內(nèi)應(yīng)力的釋放而迅速降低，其工作溫度不能高于427℃。另外鍍鉻層結(jié)合力低，鍍層易發(fā)生脫落。
（3）球體表面采用等離子氮化，表面硬度可達(dá)50～55HRC，氮化層厚度0.20～0.40mm，等離子氮化處理硬化工藝由于耐腐蝕性較差，不能在化工強腐蝕等領(lǐng)域使用。
（4）球體表面超音速噴涂（HVOF）工藝，硬度可達(dá)60～70HRC，集合強度高，厚度0.3～0.4mm，超音速噴涂是球體表面硬化主要工藝手段。在火力發(fā)電廠、石油化工系統(tǒng)、煤化工領(lǐng)域的高粘性流體；帶粉塵及固體顆粒狀的混合流體、強腐蝕的流體介質(zhì)中大部分使用該硬化工藝。 超音速噴涂工藝是氧燃料燃燒產(chǎn)生高速氣流加速粉末粒子撞擊工件表面，形成致密表面涂層的一種工藝方法。在撞擊過程中，由于粒子的速度較快（500～750m/s）且粒子溫度較低（-3000℃），因此撞擊工件表面后，可以獲得高結(jié)合強度、低空隙率、低氧化物含量的涂層。
HVOF的特點是合金粉末粒子速度超過音速，甚至是音速的2～3倍，氣流速度是音速的4倍。 HVOF是一種新的加工工藝，噴涂厚度0.3～0.4mm，涂層與工件之間是機械結(jié)合，結(jié)合強度高（77MPa），涂層孔隙率低（＜1%）。該工藝對工件加熱溫度低（＜93℃），工件不變形，可進行冷噴涂。噴涂時，粉末粒子速度高（1370m/s），無熱影響區(qū)，工件的成分和組織無變化，涂層硬度高，可進行機加工。
（5）、噴焊是一種金屬材料表面熱噴涂處理工藝。它是通過熱源將粉末（金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加熱到熔融或達(dá)到高塑性狀態(tài)后，依靠氣流將其噴射，沉積到預(yù)先處理過的工件表面上，形成一層與工件表面（基材）結(jié)合牢固的涂（焊）層。 噴焊和堆焊硬化工藝中硬質(zhì)合金與基體均具有熔融過程，硬質(zhì)合金與基體集合處有熱融區(qū)，為*達(dá)到噴焊或堆焊硬質(zhì)合金層性能，避免加工后焊接熱融區(qū)為金屬接觸面，建議噴焊或堆焊硬質(zhì)合金厚度需要大于3mm以上
3 閥后延伸碳鋼管道沖蝕情況
以PV4107為例，閥后自帶管道材質(zhì)與PV4115一致，延伸管道管線材質(zhì)為ASTM 105碳鋼公稱外徑為48.26 m m，公稱壁厚為5.08 mm。 結(jié)合圖4、表3可以看出，PV4107閥后碳鋼管段從焊縫位置后50 mm開始大部分區(qū)域逐漸發(fā)生了減薄，薄處僅為2 mm，發(fā)生在閥后約4～6倍管徑處，詳見圖9。 對閥后管道進行剖開目視觀察，管內(nèi)表面形貌具有明顯的溝槽狀。進一步對管內(nèi)表面進行宏/微觀分析，樣品1處宏觀可見明顯的溝槽，高倍下溝槽底部呈現(xiàn)明顯的沖刷腐蝕形貌，宏觀上有條狀“水線”痕跡，高倍下（200×、500×）觀察可發(fā)現(xiàn)，此“水線”實為沿流速方向沖刷的小凹坑。其他沖蝕減薄部位形貌與樣品1處基本相似，均為沿流體方向的線狀沖刷凹坑。該凹坑現(xiàn)直接導(dǎo)致管道壁厚的減薄直至腐蝕穿孔。
綜上所述，蒸汽疏水氣動球閥閥后的管道管壁減薄情況，不僅僅出現(xiàn)在閥門自帶不銹鋼部分，其延伸的碳鋼管道也會出現(xiàn)不同情況的管壁減薄情況。對于大口徑4 in閥門，其閥后管道壁厚的減薄集中出現(xiàn)與底部兩側(cè)45°區(qū)域，小口徑管道則呈現(xiàn)出整個環(huán)狀管壁減薄。
4 電廠熱循環(huán)系統(tǒng)硬密封球閥改進管壁減薄原因分析
4.1 化學(xué)成分及金相分析
采用電感耦合等離子光譜發(fā)生儀（ICP）對減薄管段化學(xué)成分進行分析，結(jié)果如表4所示。基體化學(xué)成分符合ASTM A182/A105的成分要求。 減薄管段化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)% 碳鋼管道橫向金相組織（鐵素體+珠光體） 從樣件的化學(xué)成分可以看出，不論是閥后自帶不銹鋼管段還是與系統(tǒng)接口的碳鋼管道，其化學(xué)元素含量均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可以排除自身材質(zhì)問題。
4.2 閥后管壁減薄原因分析
4.2.1 流速對管壁減薄影響
機組正常運行時，排汽管道閥體溫度在100℃以上。如果閥門沒有內(nèi)部泄漏，閥門后面的管道溫度將與閥門前面的管道溫度明顯不同。閥門前面的介質(zhì)是蒸汽-水兩相流.本文中閥門后面的管道受到嚴(yán)重的沖刷和腐蝕，這本質(zhì)上是由于汽水兩相流體和金屬表面的相對運動引起的，從而導(dǎo)致了金屬的加速失效。一般來說，隨著流量的增加，腐蝕速率增加。首先，在一定流量范圍內(nèi)，腐蝕速率緩慢增加，當(dāng)流速達(dá)到一定臨界值時，腐蝕急劇上升。在高流量條件下，不僅均勻腐蝕嚴(yán)重，局部腐蝕也嚴(yán)重。當(dāng)流體速度超過“剝落速度”時，表面的剪應(yīng)力大到足以撕開或剝離保護氧化膜，腐蝕過程變成了一個腐蝕過程。
4.2.2 電廠熱循環(huán)系統(tǒng)硬密封球閥改進流速分析
以文中提及的PV4107為例，查閱給水加熱和抽汽系統(tǒng)手冊，PV4107閥前疏水袋溫度約為170℃，壓力約為1.2 MPa，閥后壓力約0.01 MPa（表壓，考慮閥后管線至凝汽器的管阻壓降），查閱水-水蒸氣熱力性質(zhì)表，閥前流體密度為897 kg/m3。在這種情況下，只要閥門略有節(jié)流降壓，流體就會發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生該壓力下的飽和水以及飽和汽。查閱水的飽和蒸汽壓表，1.2 MPa對應(yīng)的飽和溫度為187℃，因此閥前過冷度為17℃。根據(jù)Spirax sarco閃蒸蒸汽計算軟件，求得冷凝水經(jīng)過PV4107閥后，約產(chǎn)生13.7%（質(zhì)量百分比）的蒸汽。查閱水-水蒸氣熱力性質(zhì)表，0.01 MPa壓力下，飽和液密度989 kg/m3，飽和汽密度0.068 kg/m3。由于此段管線流速未知，假設(shè)閥前流速0.1 m/s，則閥前流量為
5 結(jié)論
上述計算表明，此工況下發(fā)生閃蒸后閥后流體速度會增加1000～2000倍，如此高流速的濕蒸汽對閥后管道產(chǎn)生*的沖刷作用，形成所示沖刷形貌。
該閥球材料為410SS/RAM31，閥球后管段材料為A182-F22/RAM31。410SS以及A182-F22分別為馬氏體不銹鋼和Cr-Mo鋼，RAM工藝為VTI公司火箭噴鍍技術(shù)，在材料表面噴涂一層硬質(zhì)合金，RAM31為在閥球和閥球后管道表面噴涂一層80%Cr2C3+20%Ni-Cr粉末，表面硬度可達(dá)66～69HRC。如此高的硬度下閥球發(fā)生破損，這表明經(jīng)過閥球后流體流速非常快，沖刷作用很強，與上述計算結(jié)果一致。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
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