閘閥通常有單閘板、雙閘板、楔式、平行式等結構設計,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,前者關(guān)閉時(shí)閘板自動(dòng)吻合兩側閥座,自動(dòng)補償楔角的加工位置誤差;后者則依靠閘板中部的彈性槽,靠閥桿的軸向推力補償楔角的加工位置誤差,兩者均達到較好的密封效果。正是由于其雙側的優(yōu)良密封,在某些場(chǎng)合會(huì )產(chǎn)生中腔壓力異常升高現象,即當高溫高壓流體(液體或氣體)被封堵于閥門(mén)中腔時(shí),若上游側(見(jiàn)圖1)流體溫度升高,中腔(見(jiàn)圖1)流體會(huì )被熱傳遞同步升高,由于中腔體積無(wú)法擴大,封堵中腔流體由冷態(tài)變?yōu)闊釕B(tài)時(shí),液體可能迅速汽化,導致壓力急劇升高,增高的壓力常常是幾何級數。
閥門(mén)超壓工作的后果是十分嚴重的。閥門(mén)中腔異常升壓時(shí),其承壓件及啟閉件的工作應力(如閥桿及閘板架的使用應力)均會(huì )急劇增加,驅動(dòng)機構的驅動(dòng)力會(huì )不堪重負,甚至無(wú)法啟動(dòng),嚴重時(shí)閥桿拉斷、閘板架斷裂、電機燒壞,這些現象在許多高壓大口徑閘閥中屢見(jiàn)不鮮,不少用戶(hù)常常抱怨這是閘板“咬死”,其實(shí)“咬死”的真實(shí)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系列楔式雙閘板閘閥運用于火電廠(chǎng)給水系統及其旁路時(shí),這類(lèi)閥門(mén)一般先在冷態(tài)作水壓試驗后關(guān)閉,當機組啟動(dòng)時(shí)系統溫度升高到250～300℃時(shí),由于溫度急劇升高,封閉中部的冷態(tài)水溫會(huì )同步急劇升高汽化,使流體體積增大,壓力升高,此時(shí)若要開(kāi)啟閥門(mén)要么驅動(dòng)力矩足夠大,要么閥桿組件強度足夠高,否則常常出現閥桿斷裂、閘板架斷裂、閘板T型槽開(kāi)花、斷裂,使給水泵無(wú)法啟動(dòng),導致嚴重的停爐停機事故。
閘閥異常升壓的危害
異常升壓的形成在許多閘閥的應用場(chǎng)合會(huì )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)系統是相似的,即系統介質(zhì)在開(kāi)機后,由冷態(tài)變熱態(tài);閘板在冷態(tài)關(guān)閉,熱態(tài)時(shí)開(kāi)啟。因而若不對系統采取措施,異常升壓對系統的破壞幾乎是無(wú)法避免的,其有3方面危害:
(1)對閥門(mén)本身的破壞
閥門(mén)殼體、閥蓋及閥桿零件的強度一般以閥門(mén)的公稱(chēng)壓力設計其強度,異常升壓時(shí),其開(kāi)啟壓力會(huì )成倍提高,導致相關(guān)零件的使用應力成倍升高,當材料實(shí)際應力超過(guò)許用應力時(shí),高應力部位會(huì )產(chǎn)生斷裂破壞,導致閥門(mén)無(wú)法開(kāi)啟,閥門(mén)整機將損壞或報廢。
(2)對系統安全的破壞
顯而易見(jiàn),殼體、閥蓋等承壓件超壓時(shí)是非常危險的,一旦超壓其薄弱部位或許會(huì )先發(fā)生穿孔,引起介質(zhì)外漏;其填料及自密封圈部位往往會(huì )被高壓流體沖出,引起介質(zhì)大量外漏。當介質(zhì)是高溫氣體、有毒氣體、有害氣體時(shí)會(huì )更加嚴重,甚至會(huì )造成設備與人員的傷害。
(3)對生產(chǎn)控制流程造成巨大損失
閥門(mén)的正常啟閉是各類(lèi)工業(yè)流程控制的關(guān)鍵,一旦這種控制無(wú)法實(shí)現時(shí),系統癱瘓須停機檢修,這將會(huì )造成巨大的直接或間接損失。
防護閘閥異常升壓的措施
從設計、安裝、調試等方面入手,從根本上消除中腔異常升壓是完全有可能的,歸納常用3套方案供廣大用戶(hù)參考:
(1)閥門(mén)內部開(kāi)設泄壓孔
解決中腔異常升壓的根本是平衡中腔壓力,開(kāi)設泄壓孔是
最經(jīng)濟有效的方案,圖2所示分別為在上游側閘板及進(jìn)口側閥座外圓開(kāi)設了泄壓孔,當中腔壓力升高時(shí),中腔壓力會(huì )自動(dòng)向上游側泄放,始終保持中腔壓力與上游側壓力相等,從而避免異常升壓的發(fā)生。
(a)閘板泄壓|
(b)閘座泄壓