超音速火焰噴涂技術在高壓差控制閥中的應用

文遠靜 高昌保 文四名 程鵬 袁良 韓福泉

（塔里木油田公司天然氣事業(yè)部，新疆 庫爾勒 841000）

超音速火焰噴涂技術在高壓差控制閥中的應用

文遠靜 高昌保 文四名 程鵬 袁良 韓福泉

（塔里木油田公司天然氣事業(yè)部，新疆 庫爾勒 841000）

牙哈作業(yè)區(qū)天然氣處理站計量分離器液位控制閥LV2202半年來一直存在內(nèi)漏問題，去年5月份對該閥拆卸檢修發(fā)現(xiàn)閥芯氣蝕嚴重，通過此次進一步的探討，改變以往常規(guī)的更換閥芯、堆焊和研磨處理，制定針對性的維修方案，最終解決了閥門內(nèi)漏問題。

氣蝕、閥芯、堆焊、硬質(zhì)合金PTA熔敷、超音速火焰噴涂

1 前言

牙哈作業(yè)區(qū)天然氣處理站計量分離器液位控制閥LV2202，該閥是美國費希爾公司（簡稱Fisher公司）制造，壓力等級：CL1500∕3600PSI CWP。定位器采用美國費希爾DVC6010-102∕HC智能閥門定位器，介質(zhì)是凝析氣，工作壓力11MPa，工作溫度50℃。氣蝕現(xiàn)象極為嚴重，該閥投用10多年來，運行良好，只是近半年來工藝人員反映閥門存在泄露，并且漏量逐漸增大的趨勢，經(jīng)過多次故障處理情況沒有明顯改觀。考慮到該閥當時不能長時間停用，只能在檢修期間才能徹底處理。去年5月份檢修時對閥門閥體部分解體，發(fā)現(xiàn)閥芯氣蝕嚴重，需要經(jīng)過進一步探討，研究新的方法進行維修處理。

2 存在問題

液位控制閥LV2202凝析氣介質(zhì)在閥芯處節(jié)流時，流速急劇增加，靜壓能急劇轉化為動能，壓力急劇下降，當壓力降低到液體的飽和蒸汽壓以下而使液體發(fā)生汽化，介質(zhì)流過節(jié)流孔（閥芯流通面積最小處）后，流速下降，壓力恢復，當壓力恢復到大于液體的飽和蒸氣壓時，原先空化的氣體又恢復成液體狀態(tài)，這時空化產(chǎn)生的汽泡破裂會釋放巨大的能量會引起閥門噪音、震動及閥內(nèi)件損壞，這就對該調(diào)節(jié)閥造成了很大的沖擊和破壞，而生產(chǎn)廠家在選型時是綜合考慮噪聲和正常開度時對該閥的沖擊和氣蝕作用，因此，更多考慮采用較好降噪效果的迷宮式閥籠，但大家都知道，迷宮式閥籠雖然對降噪有很好的效果，但是對抗擊沖刷和抑制氣蝕的能力較弱，所以，在使用一段時間后，特別是在頻繁開關該調(diào)節(jié)閥的過程中，會出現(xiàn)對該閥閥芯、閥座產(chǎn)生巨大破壞的嚴重后果。如圖1。

為了改變這一現(xiàn)狀，以前每次檢修也曾對閥芯閥座進行過堆焊和研磨，但是不到三個月漏量仍然慢慢變大，說明只進行簡單的堆焊和研磨是解決不了問題實質(zhì)的。

經(jīng)過資料分析和維修單位的充分商討，大家一致認為檢修效果不理想的原因出現(xiàn)在閥芯閥座維修材料上，以前堆焊和處理時用的材質(zhì)不能抗擊凝析氣的沖刷和氣蝕破壞，應該從金屬材質(zhì)上和處理工藝上下功夫，徹底解決這一難題。

圖1 LV2202調(diào)節(jié)閥閥芯沖刷、氣蝕狀況

3 檢修思路和方案

首先，我們分析造成該調(diào)節(jié)閥破壞的主要原因，抓主要矛盾，針對主要矛盾采取措施。該閥內(nèi)介質(zhì)是凝析氣，不純的凝析氣略具有腐蝕性；從生產(chǎn)井輸過來的高壓凝析氣，經(jīng)過該閥的節(jié)流后，首先產(chǎn)生高流速的沖刷，隨著壓力的急劇降低，就會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，因此，來自該流程工況對閥門的損壞原因有三種：一為介質(zhì)對閥內(nèi)件材料的腐蝕，二是高壓差下介質(zhì)對閥內(nèi)件的沖刷損壞，三是常溫、高壓狀態(tài)下的氣蝕破壞。綜合考慮，氣蝕是最主要的破壞原因，其次才是介質(zhì)對閥內(nèi)件的高速沖刷，腐蝕作用很微弱，不是主要因素。因此，消除氣蝕現(xiàn)象或抗氣蝕才是保護調(diào)節(jié)閥的根本思路。

為了消除氣蝕現(xiàn)象，就只有改變調(diào)節(jié)閥的結構，將其改造為多級降壓結構，就可以大幅減少氣蝕發(fā)生的程度。但是，這必須要更換閥芯，不但造價高，而且很難和現(xiàn)有的閥座相匹配?；蛘吒淖児に嚵鞒蹋l(fā)生氣蝕的條件，但是現(xiàn)有的工藝流程不允許改變，所以，消除氣蝕現(xiàn)象這條路走不通。

這樣，就只能靠增強調(diào)節(jié)閥的抗氣蝕能力了。經(jīng)過同國內(nèi)多家維修閥芯廠家的溝通，我們最終選定吳忠一家專門制造、維修調(diào)節(jié)閥的公司開展維修閥芯。該公司目前是國內(nèi)最大的調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)企業(yè)之一，再加上30多年的調(diào)節(jié)閥維修經(jīng)驗，能夠維修各種國內(nèi)外調(diào)節(jié)閥、控制閥。該公司還有多種調(diào)節(jié)閥硬化工藝處理設備和專業(yè)的技術服務人員，具備多種如各類硬質(zhì)合金的堆焊(＞HRC52)、PTA(＞HRC52)、超音速噴涂(＞HRC62)技術處理等。通過和他們的充分接觸和了解，決定選用更加抗破壞的材質(zhì)在表面堆焊硬質(zhì)合金后，通過“碳氮共滲”工藝，針對閥芯、閥座氣蝕位置進行機械加工修復，要求保證原外觀尺寸的同時保證采用硬質(zhì)合金進行補強，提高閥芯、閥座表面硬度，從而提高閥芯、閥座的抗氣蝕、抗沖刷能力，延長使用壽命。具體制定如下兩個檢修方案：

方案一：采用硬質(zhì)合金PTA熔敷在閥芯、閥座表面，熔敷厚度2.5mm以上，硬度達HRC52以上。該方案的優(yōu)點是硬化層較厚，缺點是硬度不是很高，只達到HRC52以上；

方案二：采用超音速火焰噴涂技術，在閥內(nèi)件表面采用檢修公司從國外引進的超音速火焰噴涂技術，在閥內(nèi)件(閥芯、閥座)表面噴涂WC等硬質(zhì)合金，優(yōu)點是硬度較高(高達HRC62以上)，且因噴涂過程中溫度不高，變形小、不會改變基體金相組織；缺點是為防止噴涂層開裂，噴涂層只能在0.5—0.8mm厚；閥座采用堆焊耐氣蝕硬質(zhì)合金。閥內(nèi)件噴涂、堆焊后進行機械加工恢復其尺寸和形位公差，滿足使用要求。

一般情況下，除金屬銅單質(zhì)外，其它閥門常用的材料，尤其是不銹鋼類的材料都可用于凝析氣介質(zhì)。比如Monel合金等，雖然成分里含銅，但也有成功應用于凝析氣的案例；也有用碳鋼做閥內(nèi)件內(nèi)部材質(zhì)，在其外表面噴涂與之相匹配的高硬度合金，用來抵抗氣蝕破壞的案例。因此，根據(jù)不同的閥內(nèi)件材料，相應的硬化工藝技術也有很多。根據(jù)長期對各化工廠的維修、改造案例經(jīng)驗分析判斷，決定采用方案二進行硬化處理，維修工期7～10個工作日，維修后預期可用約30個月。

4 方案實施

該調(diào)節(jié)閥檢修時經(jīng)過下線解體，檢查閥內(nèi)件，并精確測繪閥內(nèi)件及墊片，委托檢修公司按照方案二進行閥芯的機械加工、堆焊和硬化處理，研磨配對等一系列修復工作，回裝打壓試壓合格后安裝，投用后效果非常好。

圖2 修復過的閥芯

5 ．結束語

調(diào)節(jié)閥的檢修一直是重要的檢修項目，因為它關系到裝置安全、長期、平穩(wěn)、滿負荷的運行。而且關鍵調(diào)節(jié)閥又都是進口調(diào)節(jié)閥，價格昂貴，沒有售后維修，購買新配件花費很大，所以，需要我們集思廣益，打破舊觀念、敢于創(chuàng)新，利用新技術新方法，找到問題關鍵，群策群力，編制科學、合理的檢修方案，創(chuàng)造高水平高效益。這也符合塔里木油田公司的兩新兩高原則；同時也鍛煉了我們員工隊伍解決實際問題的能力，從中得到很大的啟發(fā)，更好的為公司發(fā)展做貢獻。

[1]《調(diào)節(jié)閥安裝施工規(guī)范》

[2]《CCI調(diào)節(jié)閥手冊》

[3]《閥門檢測標準及閥門的技術要求》

[4]《調(diào)節(jié)閥施工安裝規(guī)范》