锅炉给水系统液位变送器常见损坏原因分析及改进措施

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　　摘要：通过阐述3160t/h循环流化床锅炉主给水国产液位变送器的损坏情况，分析了锅炉主给水系统高压差液位变送器运行过程中的损坏原因，针对DN100ANSI600主给水液位变送器阀笼、阀芯的损坏情况及故障分析，提出了一种新的改进措施。经验证，新结构解决了原阀内件易损的情况，能够满足锅炉给水系统液位变送器长周期、可靠运行的要求。

　　0引言

　　国内某煤化工企业动力站采用3160t/h循环流化床锅炉为整套装置提供蒸汽。锅炉在运行过程中，需要锅炉主给水液位变送器对进锅炉给水量进行调节，来满足锅炉用水需求。可是在生产中，经常发现锅炉给水系统中国产锅炉主给水液位变送器震动大，噪音高，内漏大，流量控制不稳等故障，影响锅炉长周期、正常运行。解体发现，液位变送器阀笼、阀芯局部存在气蚀损伤，阀芯有冲刷，基材缺失，严重时出现阀杆断裂等现象。为了解决以上存在的问题，根据气蚀、冲刷及断裂产生原因，结合系统工艺，从液位变送器阀内件的结构和材质选择方面进行改进，提出了解决和预防主给水液位变送器损坏的有效方法。

　　1气蚀产生的条件

　　根据伯努利原理表述：p+1/2v2+gh=C，式中p为流体中某点的压强，v为流体该点的流速，为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量。它也可以被表述为p1+1/2v12+gh1=p2+1/2v22+gh，其推论为：等高流动时，流速大，压力就小。在锅炉主给水系统中，液位变送器是节流元件，以国内某煤化工装置3160t/h循环流化床锅炉为例，锅炉给水系统由给水泵提供高达17MPa来水压力，来水经过主给水液位变送器（DN150PN100）调节，阀后压力可降至5MPa，液位变送器前后压差在阀门低负荷时非常大达到12MPa以上。综上所述，在正常运行过程中，主给水液位变送器阀芯、阀笼节流处流速大幅度提高，压力急剧下降。此时，如果流体经液位变送器节流处的压力低于汽化压力，将产生气蚀或闪蒸现象。在液位变送器阀芯与阀座密封副连接处，介质流速达到非常大值，但此时介质压力非常小，当介质压力低于此处介质的饱和压力时，介质气化成气体，形成气泡，这种现象就叫闪蒸。在阀座阀芯密封副之后，流道流通面积加大，介质流动速度开始下降，此处压力并不能保持在饱和蒸汽压力以下，而是随着流速减小，压力急剧上升，对闪蒸形成的气泡进行挤压，造成气泡破裂，破裂时产生的巨大冲击力严重损伤阀芯、阀笼，形成气蚀。

　　2改进措施

　　通过分析阀芯、阀笼气蚀形成的条件，可以得出，气蚀损坏的主要原因有：①在高压差、高流速工况条件下，介质在流经阀芯、阀笼密封副时流速高、压力急剧下降，低于此处的汽化压力，产生气蚀；②液位变送器阀内件发生损坏是由于阀内件材质硬度无法抵抗气蚀时产生的巨大冲击力。为了排除以上因素对阀门造成的损坏，可以从①降低阀芯、阀笼密封副处介质流速，提高流出节流处的介质压力，不使介质压力低于汽化压力，防止气蚀的产生；②提高液位变送器阀芯、阀座密封副处阀内件材质硬度，增强抗气蚀、抗冲击的能力。在阀门设计中，减小介质流速一般采用对介质流道进行“S”型流道设计，使介质在流动过程中受流道流向及形状等因素影响，在流动过程中逐步减缓流速，防止压差急剧下降，排除气蚀产生的条件。因此在实际操作中，我们将阀笼流道孔的结构进行改进，由之前单一的多孔结构改进为采用多孔和串级的混合结构（结构见图2），流体先经过阀笼流量孔进行第一级节流，再经过二、三级连续串级节流。这种结构设计，通过多层流道进行逐级减压，允许压差大，介质经每级减压后，对阀内件冲刷力逐级减小，可以有效避免闪蒸和气蚀工况的产生，流体通道呈S流线型，调节精度高，液位变送器动态稳定性好，改进后的阀笼明显改善了之前阀门存在振动、易受气蚀、冲刷损坏，使用寿命短的情况。

　　循环硫化床锅炉给水介质是除盐水，介质单一，除盐水从给水泵出口喷出，给水泵设计非常高压力可达20MPa，通过给水泵出口电动压力液位变送器，将介质压力调节至13MPa左右供至锅炉主给水液位变送器。此处的管道介质压力较高，对锅炉主给水阀门的阀内件冲击造成损害较大，此时如果液位变送器阀内件材质硬度不足，无法抵抗介质冲刷，容易导致阀内件冲刷，基材缺失损伤，造成阀门内漏。通过分析介质化学性能并结合现场实际工况，我们对锅炉主给水液位变送器阀笼、阀芯、阀座进行改进，选用9Cr18MoV不锈钢对原来的316L不锈钢进行替代。并对9Cr18MoV材质进行淬火热处理，该材质淬火后洛氏硬度可以达到HRC56-58，能有效抗击高压除盐水的冲击。同时，它的抗腐蚀性能也较强，能够满足该工况下阀内件的耐腐蚀性要求。同阀芯、阀座密封副采用处堆焊镍基合金以提高阀内件表面硬度的工艺相比较，9Cr18MoV的淬火后硬度高于堆焊镍基合金不锈钢的硬度，同时，在满足锅炉主给水工况的条件下，它的经济性更佳。

　　3结论

　　改进后的阀笼结构采用三级降压结构，使介质压力逐步从非常高压力降至阀后工作压力，破坏了气蚀形成的条件，阀笼、阀芯的使用寿命显著延长。阀内件选用高强度不锈钢制造，材质进行淬火硬化处理，硬化处理后的阀芯、阀笼、阀座表面硬度较高，材质抗气蚀能力增强，满足了锅炉主给水液位变送器长周期、可靠运行的要求。

　　仪器仪表是工业化进程的基石，只有选用工业现场选用合适的仪表，才能够事半功倍，自动化流程才能够更加自动化。