循環(huán)流化床排污截止閥的選型分析

高江鵬，王楠楠，嚴(yán) 婷，謝 纓

（1.新疆宇澄熱力股份有限公司，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

為響應(yīng)國(guó)家環(huán)保節(jié)能方針，稠油注汽循環(huán)流化床鍋爐采用油田回用水為給水進(jìn)行蒸汽生產(chǎn)輔助采油。油田回用水參照QSY 1275—2010《油田污水回用濕蒸汽發(fā)生器水質(zhì)指標(biāo)》，將凈化軟化水與清水軟化水按照6∶4的摻混水，礦化度約2000 mg/L，電導(dǎo)率2300μs/cm。為確保鍋爐安全平穩(wěn)運(yùn)行，防止?fàn)t水鹽濃縮倍率超標(biāo)而型成水垢，運(yùn)行中鍋爐將進(jìn)行定期排污與連續(xù)排污。循環(huán)流化床鍋爐排污閥一般采用截止閥，一旦閥門內(nèi)漏將造成鍋爐散熱損失增加、熱效率降低，鍋爐經(jīng)濟(jì)效益下降。

1 案例概述

稠油注汽循環(huán)流化床鍋爐蒸汽壓力14.2 MPa、主蒸汽溫度366℃，定排閥（即定期排污閥）為KJ61Y的T形抗沖刷截止閥。單臺(tái)鍋爐定排閥共18個(gè)，分別控制水冷屏、水冷壁、蒸發(fā)管束、過熱器、上升管、下降管、省煤器等排污，在實(shí)際運(yùn)行中頻繁發(fā)生內(nèi)漏。鍋爐年檢期間對(duì)閥門解體檢查，閥瓣及密封面磨損嚴(yán)重?zé)o法使用，最終更換12個(gè)，損壞率高達(dá)66.66%。

2 密封面磨損原因分析

在實(shí)際運(yùn)行中，因油田回用污水水質(zhì)較差，每日定期排污次數(shù)需進(jìn)行3次，每次30 s。將閥門解體檢查，閥瓣密封面有0.2～3.0 cm劃傷痕跡、銹蝕及凹坑，閥門檢修中個(gè)別出現(xiàn)顆粒物堵塞情況，將顆粒物送檢分析為氧化鐵和硫酸鹽（圖1～圖2）。綜合分析后認(rèn)為，定排閥門內(nèi)漏的原因主要有4個(gè)：①閥門開啟瞬間密封面受夾雜水滴與顆粒物的高速氣流沖擊，產(chǎn)生沖蝕；②閥門流阻大，排污水在高溫高壓且高速的情況下氣化并沖刷密封面造成密封面嚴(yán)重汽蝕；③當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，閥瓣與閥座之間極易夾雜顆粒物，造成密封面壓傷、密封不嚴(yán)，繼而受高速介質(zhì)長(zhǎng)期沖刷，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏；④高含鹽水中的雜質(zhì)多，極易造成結(jié)垢，腐蝕閥瓣與閥座密封面。

圖1 T形截止閥汽蝕損傷閥瓣

圖2 T形截止閥閥座內(nèi)雜物及焊接工藝造成損傷

3 T形截止閥與Y形截止閥不同點(diǎn)對(duì)比

3.1 內(nèi)部構(gòu)造不同

T形閥體結(jié)構(gòu)為Z形曲折流道，閥門關(guān)閉時(shí)，因閥前為高溫高壓排污水，閥瓣前后出現(xiàn)壓力差，閥門開啟的力矩較大（圖3）。在閥門開啟過程中，因開度不同，閥瓣與閥座之間介質(zhì)形成渦流，高含鹽水不斷沖刷閥芯并出現(xiàn)汽蝕與腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致閥門密封快速失效產(chǎn)生內(nèi)漏。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，隨閥瓣下降，閥瓣前后壓差逐漸上升，流阻迅速增大，高流速介質(zhì)沖刷造成密封面磨損。閥門關(guān)閉最后，介質(zhì)內(nèi)顆粒物將夾在閥瓣與閥座密封面之間，造成關(guān)閉不嚴(yán)。為防止繼續(xù)內(nèi)漏，運(yùn)行人員將加關(guān)閥門致使密封面壓傷形成凹槽，永久受損，內(nèi)漏加劇。

圖3 T形截止閥結(jié)構(gòu)示意

Y形截止閥結(jié)構(gòu)是提升桿與閥門出入口軸線傾斜45°角的Y形直流結(jié)構(gòu)，且出入口軸線是與管線在同一直線上的直流流道（圖4）。閥門開啟或關(guān)閉時(shí)，閥體不發(fā)生直角旋轉(zhuǎn)且閥芯受流體推力被推出，流體流動(dòng)的方向不發(fā)生改變，未形成紊流，無法在閥體形成渦流狀穴坑，閥門流阻降至最低，密封面沖刷大幅降低，從而延長(zhǎng)密封面壽命。當(dāng)閥門垂直于地面時(shí)，流體方向與密封面平行，沖刷力不直接作用于密封面并起到一定吹掃作用，避免顆粒物在密封面上停留及高速流體對(duì)主密封面的沖刷損傷，解決閥門內(nèi)漏問題。

圖4 Y形截止閥結(jié)構(gòu)示意

3.2 密封焊接不同

現(xiàn)用的T形閥是以模鍛毛坯密封面形式的強(qiáng)制密封，閥瓣材料為鈷基高溫合金（2Cr13+STL），閥體材料為鈷基高溫合金（A105+STL），密封面采用手工電弧堆焊方式，閥門堆焊處內(nèi)孔直徑19～75 mm、深98～221 mm，孔小距深，能見度差，堆焊困難，加工質(zhì)量難以很難保證。

Y形截止閥因結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，減少密封面沖刷，為使密封面適應(yīng)惡劣水質(zhì)，延長(zhǎng)閥門的使用壽命，閥瓣與閥座焊接工藝改為噴焊方式，將自溶性合金粉末涂層加熱至1000～1300℃，使顆粒熔化，造渣上浮到涂層表面，生成的硼化物與硅化物彌散在涂層中，使顆粒間和基體表面結(jié)合良好，形成致密的金屬結(jié)晶組織，并與基體形成厚約0.05～0.10 mm、強(qiáng)度約400 MPa的冶金結(jié)合層，且具有較好的抗沖擊、耐磨、耐腐蝕性能，同時(shí)外觀呈鏡面，不受焊接工藝操作空間的影響，確保加工質(zhì)量。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)使用壽命效果對(duì)比

針對(duì)上述情況，在同一臺(tái)鍋爐的18根定排管線上安裝T形截止閥和Y形截止閥各9個(gè)，同時(shí)在腐蝕性強(qiáng)、雜質(zhì)多、含鹽濃度高的油田回用水的沖刷下開關(guān)頻次一樣，連續(xù)運(yùn)行1年后于鍋爐年檢期間解體檢查，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 T形截止閥和Y形截止閥的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

由表1可知，經(jīng)一年運(yùn)行，T形截止閥損壞率達(dá)到89%，且閥體主要部件受損；Y形截止閥損壞率雖有11%，但其僅為閥瓣密封面有略微壓傷，不影響閥門本體使用。因此，Y形閥比T形閥有明顯的抗沖刷優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

稠油注汽循環(huán)流化床鍋爐定期排污所采用的Y形截止閥，因Z形曲折流道結(jié)構(gòu)及堆焊密封面，閥門開關(guān)過程中局部流阻大幅上升、產(chǎn)生紊流，造成密封面受腐蝕性強(qiáng)、雜質(zhì)多、含鹽濃度高的油田回用水高速?zèng)_刷，致使密封面磨損、腐蝕且制造質(zhì)量難以保證，閥門的使用壽命降低。采用Y形截止閥直流結(jié)構(gòu)及噴焊密封面，流體方向與密封面平行，流阻低、避免發(fā)生紊流，大大提升了閥門的抗沖刷、抗腐蝕性能：①確保了閥門制造質(zhì)量，延長(zhǎng)閥門使用壽命；②避免閥門內(nèi)漏造成鍋爐熱效率降低，提高率經(jīng)濟(jì)效益；③避免填料因水質(zhì)的影響使閥桿產(chǎn)生結(jié)鹽造成操作開關(guān)不靈活；④避免管線內(nèi)堵塞造成排污不暢引起鍋爐水質(zhì)惡化結(jié)垢影響換熱能力增加運(yùn)行成本；⑤避免填料因阻力過大損傷，閥門刺漏造成安全隱患和環(huán)境污染。

因此，Y形截止閥較T形截止閥在結(jié)構(gòu)及制造工藝方面進(jìn)行了改進(jìn)，避免了閥門以上5個(gè)問題，解決了油田回用污水給循環(huán)流化床定排解質(zhì)閥門造成的難題。