高壓調節閥原理與堆焊的修復方案

   時間:2014-03-12 18:52:55
高壓調節閥原理與堆焊的修復方案簡介
高壓調節閥,調節閥節閥在管道中起可變阻力的作用。它改變工藝流體的紊流度或者在層流情況下提供一個壓力降,壓力降是由改變閥門阻力或「摩擦&……
高壓調節閥原理與堆焊的修復方案正文

高壓調節閥,調節閥節閥在管道中起可變阻力的作用。它改變工藝流體的紊流度或者在層流情況下提供一個壓力降,壓力降是由改變閥門阻力或「摩擦」所引起的。這一壓力降低過程通常稱為「節流」。對於氣體,它接近於等溫絕熱狀態,偏差取決於氣體的非理想程度(焦耳一湯姆遜效應)。氣動調節閥在液體的情況下,壓力則為紊流或粘滯摩擦所消耗,這兩種情況都把壓力轉化為熱能,導致溫度略為升高。自力式調節閥在現代化工廠的自動控制中,調節閥起著十分重要的作用,這些工廠的生產取決於流動著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無論是能量的交換、壓力的降低或者是簡單的容器加料,都需要某些最終控制元件去完成。最終控制元件可以認為是自動控制的「體力」。電動調節閥在調節器的低能量級和執行流動流體控制所需的高能級功能之間,最終控制元件完成了必要的功率放大作用。調節閥是最終控制元件的最廣泛使用的型式。其他的最終控制元件包括計量泵、調節擋板和百葉窗式擋板(一種蝶閥的變型)、可變斜度的風扇葉片、電流調節裝置以及不同於閥門的電動機定位裝置。
   鑒於機組臨修時間短,閥座下沉現場很難恢復,決定採用堆焊處理,增加導向凸肩的高度,達到恢復高壓主汽調節閥原有的使用功能。
   1、高壓主汽調節閥修復方案:
   1.1閥碟導向凸肩工作機理2號機組為東方汽輪機廠製造的(N300-16.7/537/537-3型)汽輪機,它的高壓主汽調節閥是由1個主汽閥和2個調節閥組成,高壓調節閥是用於調節高壓缸的進汽量。機組運行時,油動機作為機械提升裝置,使閥碟導向凸肩沿導向槽上下移動,控制調節閥碟的開度。機組運行時,調節閥的高溫蒸汽為16.7 MPa,537℃,導向凸肩主要承受熱應力和一定的周向剪切應力作用。1號高壓調節閥的閥碟與閥座配合直徑為170 mm,其閥碟的結構如圖1所示,導向凸肩尺寸為55 mm×30 mm×10 mm(高×寬×厚)。閥碟材料採用20Cr3MoWVA合金鋼,為了提高閥碟耐汽蝕的性能,其表面進行過高溫滲氮處理。
     1.2堆焊材料和焊接設備的選擇根據調節閥的工作條件,閥碟導向凸肩既要保證有足夠高溫強度,又要滿足一定的耐磨性。鑒於機組搶修,無法採購到最佳匹配材料,參照堆焊材料的選用原則以及對各堆焊材料力學性能的分析,選用與母材材質相近的TIG-R34(12Cr2MoWVTIB,Φ2.5 mm)焊絲。焊接設備採用Lincoln V300-1及氬弧焊接配套工具;溫度監控使用美國MX2紅外線測溫儀。
   2、焊接性能分析根據碳當量公式計算,材料20Cr3MoWVA的主要特點是含碳及合金元素較多,焊接時焊縫及熱處理區容易出現淬硬組織,當焊件剛性及接頭應力較大時,容易產生冷裂紋。經過滲氮處理的閥碟,其表面硬度高達HV900,焊接時極易產生裂紋。
   3、堆焊工藝:
   3.1工藝路線焊前打磨清洗-預熱-堆焊-焊后熱處理-焊後車削。
   3.2焊前準備首先用角向砂輪打磨徹底清理去除堆焊部位20 mm範圍內的滲氮層,打磨深度應大於0.4 mm,測量打磨部位的硬度值,並保證施焊區域達到HB185~321的要求。按JB4730-94檢測標準,檢查打磨后的導向凸肩表面質量不得有裂紋、夾渣等缺陷,達到Ⅰ級標準為合格。然後用丙酮清洗閥碟焊接部位及其周圍50 mm範圍內,保證無水、油等;用砂紙清除氬弧焊絲表面的油污和銹斑等臟物。
   3.3焊接工藝及參數採用氧乙炔火焰加熱的方法進行焊前預熱,預熱溫度為350~400℃,用測溫儀測量預熱溫度。閥碟焊接部位露出,其它部位用石棉布包覆,避免電弧燒傷。工藝參數I=80~90 A,氬氣流量8~10L/min,直流正接,電壓範圍10~15 V,焊接速度30~45 mm/min,每道擺動寬度≤10 mm,每層堆焊厚度≤4 mm。預熱溫度達到后開始焊接,層間溫度控制在300~400℃,焊接過程中不允許產生任何缺陷,重點檢查引、收弧處,發現缺陷立即用角向磨光機去除。為保證加工余量,按圖堆焊尺寸,外徑增加5 mm,內徑減少5 mm,堆高13 mm。一邊堆焊完成後再堆焊另一邊。焊接完成後,用硅酸鋁耐火棉包覆緩冷,焊接部位冷到100~150℃,立即進行焊后局部熱處理。熱處理採用火焰加熱至640~660℃,保溫30 min,用測溫儀監測,升溫速度和冷卻速度均<300℃/h,冷卻至300℃以下可不控制,冷卻時用硅酸鋁纖維毯包覆緩冷。
     4、焊后檢驗按照工藝路線完成閥碟的堆焊和機械加工后,經滲透探傷和超聲波探傷檢查,焊縫沒有裂紋、夾渣、氣孔等缺陷質量,堆焊質量達到JB4730-94標準Ⅰ級的要求;在加工表面進行硬度測試,其平均硬度值為HB241,與原母材的硬度值相近,滿足工件的使用性能。5結論2號機組1號高壓主汽調節閥焊接修復並運行近1年後,在機組大修時解體檢查,堆焊的閥碟凸肩經5 616 h運行未發現任何問題。可見用TIG-R34氬弧焊絲堆焊20Cr3MoWVA材料採用預熱350~400℃,焊后640~650℃,保溫30 min處理的焊接工藝是合理可行的。它不但解決了高壓主汽調節閥正常對蒸汽進行調節,還節省了上萬元資金。
   調節閥由電動執行機構或氣動執行機構和調節閥兩部分組成。調節並通常分為直通單座式和直通雙座式兩種,後者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩定的特點,所以通常特別適用於大流量、高壓降和泄漏少的場合。流通能力Cv是選擇調節閥的主要參數之一,調節閥的流通能力的定義為:當調節閥全開時,閥兩端壓差為0.1MPa,流體密度為1g/cm3時,每小時流徑調節閥的流量數,稱為流通能力,也稱流量係數,以Cv表示,單位為t/h,液體的Cv值按下式計算。根據流通能力Cv值大小查表,就可以確定調節閥的公稱通徑DN。調節閥的流量特性,是在閥兩端壓差保持恆定的條件下,介質流經調節閥的相對流量與它的開度之間關係。調節閥的流量特性有線性特性,等百分比特性及拋物線特性三種。等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關係,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。線性特性的相對行程和相對流量成直線關係。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。調節閥類包括節流閥和減壓閥,其作用是調節介質的壓力、流量等叄數。

  

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