指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案

指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案

本實用新型的目的是提供一種帶指揮器的微壓自力式調節閥，控制精度高，可比一般直接操作型調壓閥高一倍左右；調節壓差比大(如閥前0.8mpa,閥后0.001mpa)，特別適合微壓氣體控制。帶指揮器操作自力式減壓閥是不需要任何外加能源，利用被調介質自身能量而實現自動調節的執行器產品。該產品采用單座閥快開流量特性調節機構，內部采用無填料、無摩擦式活動組件，介質壓力穩定，調節精度高，密封性能安全可靠，在運行期間可任意對設定值進行調整等特點。因而它適用于各種工業爐燃燒系統燃料氣體、石油在制品或油庫貯罐保護氣體（氮封）與熱處理保護氣體的微壓自動調節等場合。

帶指揮器操作式自力式壓力調節閥（簡稱壓力閥）無需外加能源，利用被調介質自身能量為動力源、引入壓力閥的指揮器以控制壓力閥的閥芯位置，改變流經閥門的介質流量，使閥門后端壓力（B型）或前端壓力(K型)保持恒定。本實用新型涉及閥門技術領域，尤其涉及一種帶指揮器的微壓自力式調節閥。



指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案背景技術：

自力式調節閥是一種無需外來能源，依靠被測介質自身壓力或溫度或流量變化，按預先設定值，進行自動調節的控制裝置。根據市場需要，研發一種帶指揮器的微壓自力式調節閥，專門適用于微壓氣壓控制。

一）用途：

1.氣體減壓：如閥前0.2~0.8MPa時閥前面應加減壓閥），閥后0.5~100KPa。

2.氮封裝置：供氮和泄氮裝置上。



3 指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案原因分析

3.1 主閥密封面泄漏

首先考慮的就是閥門密封面是否損壞，減壓閥密封面的損壞必將造成閥后壓力在達到設定值后，不能密封，從而使閥后壓力的繼續上升。那么對于指揮器型自力式減壓閥也一樣，由于氮氣減壓閥的用戶為封閉的卸壓箱，主閥密封面的泄漏必將造成卸壓箱壓力的上升，直至達到報警值。由于缺陷發生時，方家山機組正處于首循環運行期間，新機組的系統清潔度較低，如系統中的雜質粘附在密封面上時，則極易引起密封面損傷，從而造成內漏。

3.2 指揮器先導閥密封面泄漏

指揮器先導閥的密封形式為軟密封，閥芯的密封件為橡膠O型圈，其密封面為錐面密封。由于軟密封材質補償量大，回彈率高，故軟密封形式的特點是密封性能好，密封比壓不用太高，通常不易泄漏。但如O型圈有老化、裂紋等缺陷或材質問題，導致先導閥不能密封，那么就會通過上述兩種情況使減壓閥閥后壓力上升。

因此，指揮器先導閥密封面的泄漏也可能是導致閥門壓力上升的原因。

3.3 指揮器膜片泄漏

指揮器的膜片泄漏只要考慮上膜片室即可，下室無壓力。指揮器執行器膜片泄漏的可能原因有膜片破損、膜片邊緣泄漏或閥桿上部O型圈泄漏。如指揮器執行器膜片的泄漏較大或膜片破損，則將導致膜片室壓力過低，甚至不能產生壓力，那么指揮器閥芯就會在彈簧力作用下保持打開狀態，這樣閥后壓力就會持續上升，但同時閥后介質通過破損的膜片泄漏。由于主閥芯通徑大于閥后引壓管通徑，進氣速率大于泄漏速率，閥后壓力總體趨勢還是偏向上升；如指揮器執行器的膜片室微量泄漏，由于其與閥后管道相通，膜片室壓力不會顯著下降，但閥后壓力會隨著閥后介質的微量泄漏而緩慢下降，降至設定值以下時，指揮器先導閥打開，從而主閥打開補壓，達到設定值時都關閉，上述現象將會周而復始地出現，長時間內應呈現出壓力的上下波動，而不是壓力的持續緩慢上升。



二）指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案特點：

1.壓力設定在指揮器上實現，因而方便、快捷、省時省力且可在運行狀態下連續設定。

2.控制精度高，故適合在控制精度高的場合使用。

3.調節范圍比廣。

4.反應特別靈敏，極小的壓力（如50mm水柱的壓力）或極小的壓力變化都可以感應出來。

壓力調節范圍：壓力范圍0.25~6000kpa,分級調節。



一、指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案主要技術參數


1、閥門尺寸、公稱壓力及連接方式

閥門內徑尺寸：DN15-500mm   (內部過流通徑可以根據流通能力Cv值縮徑，最小可縮至3mm,0.01Cv值)

公稱壓力：ANSI Class125、150、300、600，JIS 10、16、20、30、40K，PN1.6、4.0、6.4、10、16、25MPa

法蘭標準：化工部HG20592-2009、化工部HG20615-2009、日標JIS B2201-1984、美標ANSI B16.5-1981、國標GB/T9119-2010、機械部JB/T79.1～.4--1994 、石化部SH3406---1996等

連接型式：法蘭密封面形式有，FF光滑全平面、RF突面、MFM凹凸面、TG榫槽、RJ環連接

焊接形式：PL板式平焊、SO帶頸平焊、WN帶頸對焊、SW承插焊、PJ/SE對焊環松套、PJ/RJ平焊環松套或TH螺紋

材料：鑄鋼（ZG230-450）、鑄不銹鋼（ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、ZG00Cr18Ni12Mo2Ti）、高溫鉻鉬鋼、防腐蝕哈氏合金鋼等

2、上閥蓋與閥體密封形式：

（1）閥桿伸出類型

常溫標準型：-17～+230℃

伸長Ⅰ型：-45～-17℃ +230～+566℃    帶散熱片高溫伸長型

伸長Ⅱ型：-100～-45℃                        低溫伸長型

伸長Ⅱ型：-196～-100℃                      超低溫伸長型用于液氮等介質

彈性波紋管密封型：適用于液氯、導熱油、氧氣、氫氣等易燃易爆高危介質，防外漏

注:工作溫度不能超過各種材料的允許范圍。

（2）壓蓋型式：低壓螺栓壓緊式、中高壓美標Class300以上壓力等級MFM凹凸面、TG榫槽閥蓋閥體密封；楚墨公司中高壓閥門閥體與上閥蓋都采用美標高等級MFM凹凸面、TG榫槽面、RJ環連接密封。

（3）閥體、閥蓋密封特性及應用工況

a、凹凸面密封：配套使用，安裝時便于對中，還能防止墊片被擠出，受力面積小，使用較小螺栓鎖緊壓力就可以達到強力密封，適用于壓力較高的場合，25Mpa以下。

b、榫槽面密封：同凹凸面差不多，也是一公一母的配對密封面類型，同樣是配對使用；但其墊片位于環狀凹槽內，受兩側金屬壁的限制可免于墊片受壓變形而被擠入管道中；由于墊片不與管內流體介質直接接觸，較少遭受流體介質的浸蝕或腐蝕，故可用于高壓、易燃易爆、有毒介質等對密封要求較嚴的場合，如液氯等。

c、環連接密封：對于高壓工況如42Mpa,楚墨公司都使用RJ環連接密封，這種密封面專用于由金屬材料加工成形狀為八角形或橢圓形的實體金屬墊片配合，實現密封連接；由于金屬環墊可以依據各種金屬的固有特性，即自密封，因而這種密封面的密封性能好，對安裝要求也不太嚴格，適合于高溫、高壓工況，但密封面的加工精度較高。

3、填料：V型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉編織填料、柔性石墨、柔性石墨復合金屬纏繞填料、高溫高壓金屬填料。

4、閥內組件  閥芯型式：單座柱塞型閥芯。

5、流量特性：快開型；調節精度5%。

注：關于聚四氟乙烯閥座的工作溫度和壓差，參考流量特性曲線圖

6、閥體、閥座、閥芯、閥桿材料：不銹鋼（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、17-4PH、9Cr18、316L）、不銹鋼堆焊STL司鈦立特合金、鈦和耐腐蝕合金等；STL司鈦立特具有高的尺寸穩定性，非常高的耐磨、耐蝕、 抗氧化和硫化能力，在870℃以下因高的熱硬性使合金具有高的磨損抗力，楚墨調節閥閥芯都使用不銹鋼堆焊STL，特別適用于高壓、高溫閥座閥芯強磨損工況。閥桿材料不銹鋼、合金鋼、雙相不銹鋼；在高溫高壓工況，我司調節閥閥桿都使用雙相不銹鋼，雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐中性氯化物應力腐蝕性能，高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了AISI 316L，綜合力學性能好，有很高的強度和抗疲勞強度，屈服強度是18—8型普通不銹鋼的2倍。

7、閥芯結構及功能：

（1）套筒籠式閥芯：平衡節流多孔型，起一定減壓、消除噪音作用，適用于閥前閥后壓力不是非常大場合，對蒸汽空化氣蝕起一定防范作用。

（2）多級降壓閥芯：刀片式切口能及時有效地刺破空化產生的氣泡，減少對閥體的沖蝕延長使用壽命，遞減式降壓適用于高壓差場合。

8、適用介質：水、空氣、蒸汽、燃氣、“導熱油、液氯、氧氣、氫氣等易燃易爆高危介質（防閥桿密封外漏需加高彈性波紋管密封，同時應選用ExdIIBT4防爆等級電動執行器）"、“氧氣、氫氣閥體需脫脂處理"。與常規調節閥不同，不適用于超高溫、超低溫、強腐蝕性介質。

9、流量可調比：30：1

10、泄漏量標準：泄漏量-硬密封 ANSI Class IV、V;泄漏量-軟密封  ANSI Class V、VI     

11、自力式減壓閥工作原理：

（1）閥前壓力P1經過閥芯、閥座的節流后，變為閥后壓力P2。P2經過引壓管線輸入執行機構上膜室內作用在頂盤上，產生的向下移動閥桿作用力與下膜室彈簧的向上移動閥桿反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥后壓力。當P2增加時，P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤上的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關向閥座的位置。這時，閥芯與閥座之間的流通面積減少，流阻變大，P2降低，直到頂盤上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使P2降為設定值。同理，當P2降低時。作用方向與上述相反，這就是閥后壓力調節的工作原理。

（2）自力式減壓閥閥前壓力調節的工作原理同閥后壓力調節的工作原理，應注意閥芯反裝。

（3）取壓引管位置：閥后或閥前70～100厘米，不能在閥前或閥后過近位置引壓，此時數據不準不能真正代表閥前閥后壓力，外螺紋引壓管接口，G1/4或G1/2外牙。一端連接管道，另一端連接執行機構膜腔。

（4）壓力設定：通過調節執行機構上的調節螺栓壓緊或釋放彈簧作用力，設定閥前或閥后壓力。

12、閥內件特點:高負載型  頂部導向不平衡內件   籠壓式閥籠  快拆式結構

13、閥門作用形式及方向

（1）閥的正作用－反作用是相對減壓閥的薄膜執行器而言，推桿向下運動叫正作用，推桿向上運動叫反作用。 

（2）流開－流閉是對介質而言的。在節流口介質的流動方向向著閥門打開方向流動時稱為流開型，反之，向著閥門的關閉方向流動時為流閉型。 

（3）減壓閥的正裝和反裝。閥芯有正裝和反裝兩種形式。閥芯下移，閥芯與閥座間的流通截面積減小的稱為正裝閥;相反，閥芯下移時，流通截面積增加的稱為反裝閥。 

14、執行機構配置：

a. 氣動薄膜執行機構    b. 氣動活塞執行機構



指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案流量特性曲線圖及特點分析


      1、 等百分比流量特性

等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關系，在行程的每一點上單位行程變化所引起的流量的變化與此點的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優點是流量小時，流量變化小，流量大時，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調節精度。

2、 線性特性

線性特性的相對行程和相對流量成直線關系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時，流量相對值變化小，流量小時，則流量相對值變化大。

3、 快開特性：一般很少用，流量變化太大，調節精度不高。 一般調節閥都使用等百比特性，調節精度高，究其原因為流量與閥門開度呈對等相對值變化。



4 指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案原因排查與改進措施

4.1 根本原因排查

首先檢查膜片泄漏，現場采用檢漏液檢查。經檢查指揮器膜片無泄漏，排除了第一個原因，將原因進一步定位在了主閥和先導閥的密封面上。維修人員通過關閉減壓閥后的球閥，發現壓力表壓力迅速上升，證實了主閥或先導閥密封面存在泄漏。由于解體先導閥較解體主閥來說時間短，所受輻射風險小，因此維修組選擇先檢查先導閥。先導閥的檢查只需拆除指揮器膜片螺栓，打開膜片室即可。經過解體發現，指揮器的先導閥密封圈已破損，O型圈一側的外緣被切削掉一部分。隨后維修組對閥芯、閥座尺寸進行了測量，發現閥芯上O型圈線徑為1.9mm，而閥芯槽寬僅為1.24mm，線徑大于槽寬，導致其不能進入槽內，安裝后外圓尺寸過大，閥門反復開關后易導致O型圈外側被閥座邊緣切削。由于當時時間緊迫，現場改用線徑稍小的O型圈臨時替代，再次回裝后先導閥暫時無內漏，閥門調節性能恢復正常。可見，引起該閥調節性能下降的直接原因為指揮器的先導閥密封面泄漏。

4.2 閥門結構改進

維修部門隨即將先導閥結構的改進方案提交給設備廠家，設備廠家根據改進方案重新加工了指揮器先導閥的閥芯閥桿組件（先導閥閥芯改進前后的尺寸如圖2所示）。在大修期間，維修部門利用大修的隔離窗口，更換了減壓閥指揮器先導閥的閥芯閥桿組件，并調整了閥座錐度，反復開關試驗后檢查O型圈完好。待核島氮氣供應系統恢復后，閥門再次投運時，其密封性良好，調節性能正常，成功解決了方家山2#機組核島氮氣減壓閥調節性能下降的疑難缺陷。



指揮器型自力式微壓減壓閥優化改進方案結束語

在電站運行期間，閥門的問題層出不窮，且故障的表現形式各異。揮器型自力式減壓閥正由于其結構較為復雜，導致其故障發生的原因有很多種，如何抓住重點，找出故障發生的根本原因，是解決問題的關鍵。在氮氣系統指揮器型自力式減壓閥的故障處理中，維修人員從設備結構、工作原理以及故障表征出發，首先在紛繁復雜的故障原因中篩選出可能導致此類減壓閥壓力上升的主要因素，并通過現場排查和驗證，找出了問題的根本原因，最終針對性地制定了改進措施，將設備缺陷消除。同時，指揮器型自力式減壓閥調節性能下降的原因分析和改進，也展現了此類閥門問題的一個完整的分析和處理過程，可以為解決諸多類似的問題提供參考，具有一定的借鑒意義。



該閥無需外加能源，利用被調介質（氣體）自身能量作動力源，引入指揮器的檢測執行機構，以控制調壓閥的閥芯位置，改變流經閥門的介質流量，使閥后壓力保持在恒定值。該閥的特點：壓力設定值可在指揮器上實現，在運行中可隨意調整，因而方便、快捷、省力；控制精度比一般調壓閥高一倍左右。