A49Y電站鍋爐主安全閥選型分析

本文主要討論了主安全閥的閥瓣設(shè)計思路，從選型分析到主安全閥閥瓣的設(shè)計、閥瓣活塞體的設(shè)計及閥瓣活塞體“O”形密封圈設(shè)計的優(yōu)點。主要用于電站鍋爐、壓力容器、減溫減壓裝置上使用，防止壓力超過允許壓力值，保證設(shè)備安全運行。當(dāng)介質(zhì)壓力升高到整定壓力時，沖量安全閥打開，介質(zhì)從脈沖管進入主安全閥的活塞室，推動活塞下降，使閥門自動打開，當(dāng)沖量閥關(guān)閉時，閥瓣又自動關(guān)閉。密封面用鈷基鉻鎳不銹鋼堆焊而成，閥瓣經(jīng)熱處理，提高了耐磨性和抗沖蝕性。 本閥門應(yīng)與沖量安全閥配套使用，A49Y-100型適用于工作溫度≤450℃,A49Y-100V型適用于工作溫度≤540℃的電站鍋爐上，當(dāng)鍋爐內(nèi)蒸汽壓力超過允許值時由沖量安全閥的開啟壓力信號使主安全閥開啟，繼而全量排放;當(dāng)壓力降低到規(guī)定值時，主安全閥自動關(guān)閉，保證設(shè)備安全運行。

一、A49Y電站鍋爐主安全閥選型分析

某火力發(fā)電廠的空冷凝汽式汽輪發(fā)電機組的排汽管道上需要設(shè)置安全閥，以保護空冷凝汽器，避免系統(tǒng)超壓，保證生產(chǎn)正常運行。要求安全閥具有較高的開啟和回座靈敏度，能滿足真空負(fù)壓的密封性能，精度高，回座迅速，不泄露，工作穩(wěn)定可靠。安全閥的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：根據(jù)以上數(shù)據(jù)及要求計算分析后，確定采用軟密封的先導(dǎo)式安全閥，型號為YFA46X-16C DN300，流道直徑220mm。其主安全閥材料：殼體材料采用WCB，閥座采用1Cr18Ni9Ti，閥瓣采用1Cr18Ni9Ti內(nèi)嵌氟橡膠，其余內(nèi)件及彈簧采用1Cr18Ni9Ti。導(dǎo)閥材料：閥瓣采用1Cr18Ni9Ti內(nèi)嵌氟橡膠，其余用1Cr18Ni9Ti。該先導(dǎo)式安全閥結(jié)構(gòu)及安裝外形如下圖：主要用于電站鍋爐、壓力容器、減溫減壓裝置等設(shè)備，防止壓力超過允許壓力值，保證設(shè)備安全運行。
 
結(jié)構(gòu)簡述
1、閥門為雙排汽、兩端為法蘭連接結(jié)構(gòu)。主要由閥體、連接管、緩沖容器、活塞、閥瓣、閥桿等零件組件。
2、當(dāng)介質(zhì)壓力升高至整定壓力時，沖量安全閥打開，介質(zhì)從脈沖管進入主安全閥活塞室，推動活塞下降，使閥門自動打開，當(dāng)沖量閥關(guān)閉時，閥瓣叉自動關(guān)閉。
3、密封面用鈷基硬質(zhì)合金堆焊而成，閥瓣經(jīng)熱處理，提高了硬度。

二、A49Y電站鍋爐主安全閥選型分析的閥瓣設(shè)計

在系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下，安全閥A、B腔室同時為大小相等的壓力。安全閥出口為大氣壓，即對空排放，故腔室C受到受到的是一個大氣壓的正壓。由于安全閥要求滿足負(fù)壓工況保證密封，此時腔室A、B的受力狀態(tài)和常規(guī)的正壓狀態(tài)不同，則對閥瓣設(shè)計就要采用不同的結(jié)構(gòu)。

1、閥瓣密封圈

由于氟橡膠(FPM)耐磨性能*，密封可靠，用做閥門密封面材料時不需要大的密封比壓就容易使其變形而密封，能使用在-50℃~150℃，是常用的密封元件。因此，閥瓣密封圈采用FPM，適合該工況需要真空密封的狀態(tài)。然而，由于FPM易變形，且不能承受過大的密封比壓，因此對其固定和變形量的控制非常重要。否則就很容易產(chǎn)生變形過大，損壞密封圈，亦容易使密封圈脫落。經(jīng)過反復(fù)研究和試驗，在閥瓣上設(shè)計燕尾槽，采用定位板固定FPM密封圈，并在密封圈外圍加工閥瓣二次密封面，控制FPM密封圈變形在一定的范圍內(nèi)。這樣就實現(xiàn)了FPM密封圈和金屬閥座的雙重密封。如下圖所示

2、閥瓣活塞體設(shè)計

當(dāng)系統(tǒng)為真空負(fù)壓狀態(tài)時，腔室A、B受力為真空負(fù)壓，因此，要想保證安全閥在負(fù)壓狀態(tài)保持良好的密封，做到零泄漏，則必須使下圖中的閥瓣密封面中徑Dm大于閥瓣活塞筒體直徑Db，即：Dm>Db (1)從上圖中可以看出，在閥瓣密封圈和閥座密封面接觸的面上受到來自腔室A介質(zhì)垂直向下的力F1，來自腔室B垂直向上的力F2，以及閥瓣自身的重量和彈簧附加的力(現(xiàn)將兩者的力之和設(shè)為F3)。根據(jù)受力分析，要使安全閥在正常工作狀態(tài)保持密封，則應(yīng)使：由于彈簧作用在閥瓣上的力只是保持安全閥初始密封，安全閥正常工作時，彈簧沒有相對的變形，其施加在閥瓣上的力可認(rèn)為是不變的。因此在系統(tǒng)正常工作壓力時，作用在閥瓣上的力F3可看作定值，這樣作用在閥瓣上的力F1和F2就是使閥瓣密封的關(guān)鍵力。

由此可得出，無論系統(tǒng)介質(zhì)的壓力真空負(fù)壓怎么變化，始終會保持關(guān)系式(2)，而且隨著系統(tǒng)介質(zhì)的負(fù)壓力P升高，作用在閥瓣上的壓力差就越大，也就是密封力越大。這樣就有效保證了安全閥在真空負(fù)壓狀態(tài)下的密封性能。當(dāng)系統(tǒng)介質(zhì)壓力為正壓狀態(tài)時，安全閥閥瓣的受力狀態(tài)就發(fā)生了改變。因此要保證關(guān)系式(6)，則必須控制閥瓣密封面中徑Dm與閥瓣活塞筒體直徑Db的比例關(guān)系，否則，當(dāng)系統(tǒng)為正壓狀態(tài)升高時，安全閥就會變得很難密封，不穩(wěn)定，容易開啟。

3、閥瓣活塞體“O”形密封圈設(shè)計

如上上圖所示，在閥瓣活塞體上設(shè)置了兩個氟橡膠(PDm)的“O”形密封圈，有效保證腔室B的氣密性。

三、A49Y電站鍋爐主安全閥選型分析結(jié)論

由于該先導(dǎo)式安全閥的使用工況特殊，除了主安全閥閥瓣的設(shè)計特殊外，對導(dǎo)閥的設(shè)計以及在管路上止回閥的設(shè)置也非常關(guān)鍵。由于篇幅有限，在此就一一闡述了。

安裝說明
1、主安全閥門必須垂直安裝在設(shè)備的位置。
2、主安全閥緊固在支座上，支座承受主安全閥排汽時產(chǎn)生的反作用力。
3、排汽管應(yīng)有專門吊架，排汽管重量不得加在主安全閥上，主安全閥與排汽管之間的連接法蘭應(yīng)消除任何的附加預(yù)應(yīng)力。
4、排汽管的點應(yīng)考慮疏水，以免排汽時產(chǎn)生水擊。

該先導(dǎo)式安全閥到火力發(fā)電廠后，經(jīng)當(dāng)?shù)貏趧颖O(jiān)察部門的檢驗，*達到各項性能指標(biāo)，經(jīng)電廠使用后，該先導(dǎo)式安全閥能在規(guī)定的整定壓力準(zhǔn)確開啟，在規(guī)定的回座壓力下能及時回座，并滿足啟閉壓差要求，同時，在真空負(fù)壓狀態(tài)能保證*密封。