摘要： 通過(guò)闡述 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐主給水國產(chǎn)液位變送器的損壞情況，分析了鍋爐主給水系統高壓差液位變送器運行過(guò)程中的損壞原因，針對 DN100 ANSI600 主給水液位變送器閥籠、閥芯的損壞情況及故障分析，提出了一種新的改進(jìn)措施。經(jīng)驗證，新結構解決了原閥內件易損的情況，能夠滿(mǎn)足鍋爐給水系統液位變送器長(cháng)周期、可靠運行的要求。

0 引言

國內某煤化工企業(yè)動(dòng)力站采用 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐為整套裝置提供蒸汽。鍋爐在運行過(guò)程中，需要鍋爐主給水液位變送器對進(jìn)鍋爐給水量進(jìn)行調節，來(lái)滿(mǎn)足鍋爐用水需求�？墒窃谏�產(chǎn)中，經(jīng)常發(fā)現鍋爐給水系統中國產(chǎn)鍋爐主給水液位變送器震動(dòng)大，噪音高，內漏大，流量控制不穩等故障，影響鍋爐長(cháng)周期、正常運行。解體發(fā)現，液位變送器閥籠、閥芯局部存在氣蝕損傷，閥芯有沖刷，基材缺失，嚴重時(shí)出現閥桿斷裂等現象。為了解決以上存在的問(wèn)題，根據氣蝕、沖刷及斷裂產(chǎn)生原因，結合系統工藝，從液位變送器閥內件的結構和材質(zhì)選擇方面進(jìn)行改進(jìn)，提出了解決和預防主給水液位變送器損壞的有效方法。

1 氣蝕產(chǎn)生的條件

根據伯努利原理表述：p+1/2ρv 2 +ρgh=C，式中 p 為流體中某點(diǎn)的壓強，v 為流體該點(diǎn)的流速，ρ 為流體密度，g為重力加速度，h 為該點(diǎn)所在高度，C 是一個(gè)常量。它也可以被表述為 p 1 +1/2ρv 1 2 +ρgh 1 =p 2 +1/2ρv 2 2 +ρgh，其推論為：等高流動(dòng)時(shí)，流速大，壓力就小。在鍋爐主給水系統中，液位變送器是節流元件，以國內某煤化工裝置 3×160t/h 循環(huán)流化床鍋爐為例，鍋爐給水系統由給水泵提供高達 17MPa 來(lái)水壓力，來(lái)水經(jīng)過(guò)主給水液位變送器（DN150 PN100）調節，閥后壓力可降至 5MPa，液位變送器前后壓差在閥門(mén)低負荷時(shí)#大達到 12MPa 以上。綜上所述，在正常運行過(guò)程中，主給水液位變送器閥芯、閥籠節流處流速大幅度提高，壓力急劇下降。此時(shí)，如果流體經(jīng)液位變送器節流處的壓力低于汽化壓力，將產(chǎn)生氣蝕或閃蒸現象。在液位變送器閥芯與閥座密封副連接處，介質(zhì)流速達到#大值，但此時(shí)介質(zhì)壓力#小，當介質(zhì)壓力低于此處介質(zhì)的飽和壓力時(shí)，介質(zhì)氣化成氣體，形成氣泡，這種現象就叫閃蒸。在閥座閥芯密封副之后，流道流通面積加大，介質(zhì)流動(dòng)速度開(kāi)始下降，此處壓力并不能保持在飽和蒸汽壓力以下，而是隨著(zhù)流速減小，壓力急劇上升，對閃蒸形成的氣泡進(jìn)行擠壓，造成氣泡破裂，破裂時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力嚴重損傷閥芯、閥籠，形成氣蝕。

2 改進(jìn)措施

通過(guò)分析閥芯、閥籠氣蝕形成的條件，可以得出，氣蝕損壞的主要原因有：①在高壓差、高流速工況條件下，介質(zhì)在流經(jīng)閥芯、閥籠密封副時(shí)流速高、壓力急劇下降，低于此處的汽化壓力，產(chǎn)生氣蝕；②液位變送器閥內件發(fā)生損壞是由于閥內件材質(zhì)硬度無(wú)法抵抗氣蝕時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力。為了排除以上因素對閥門(mén)造成的損壞，可以從①降低閥芯、閥籠密封副處介質(zhì)流速，提高流出節流處的介質(zhì)壓力，不使介質(zhì)壓力低于汽化壓力，防止氣蝕的產(chǎn)生；②提高液位變送器閥芯、閥座密封副處閥內件材質(zhì)硬度，增強抗氣蝕、抗沖擊的能力。在閥門(mén)設計中，減小介質(zhì)流速一般采用對介質(zhì)流道進(jìn)行“S”型流道設計，使介質(zhì)在流動(dòng)過(guò)程中受流道流向及形狀等因素影響，在流動(dòng)過(guò)程中逐步減緩流速，防止壓差急劇下降，排除氣蝕產(chǎn)生的條件。因此在實(shí)際操作中，我們將閥籠流道孔的結構進(jìn)行改進(jìn)，由之前單一的多孔結構改進(jìn)為采用多孔和串級的混合結構（結構見(jiàn)圖2），流體先經(jīng)過(guò)閥籠流量孔進(jìn)行地衣級節流，再經(jīng)過(guò)二、三級連續串級節流。這種結構設計，通過(guò)多層流道進(jìn)行逐級減壓，允許壓差大，介質(zhì)經(jīng)每級減壓后，對閥內件沖刷力逐級減小，可以有效避免閃蒸和氣蝕工況的產(chǎn)生，流體通道呈 S 流線(xiàn)型，調節精度高，液位變送器動(dòng)態(tài)穩定性好，改進(jìn)后的閥籠明顯改善了之前閥門(mén)存在振動(dòng)、易受氣蝕、沖刷損壞，使用壽命短的情況。

循環(huán)硫化床鍋爐給水介質(zhì)是除鹽水，介質(zhì)單一，除鹽水從給水泵出口噴出，給水泵設計#高壓力可達 20MPa，通過(guò)給水泵出口電動(dòng)壓力液位變送器，將介質(zhì)壓力調節至13MPa 左右供至鍋爐主給水液位變送器。此處的管道介質(zhì)壓力較高，對鍋爐主給水閥門(mén)的閥內件沖擊造成損害較大，此時(shí)如果液位變送器閥內件材質(zhì)硬度不足，無(wú)法抵抗介質(zhì)沖刷，容易導致閥內件沖刷，基材缺失損傷，造成閥門(mén)內漏。通過(guò)分析介質(zhì)化學(xué)性能并結合現場(chǎng)實(shí)際工況，我們對鍋爐主給水液位變送器閥籠、閥芯、閥座進(jìn)行改進(jìn)，選用 9Cr18MoV 不銹鋼對原來(lái)的 316L 不銹鋼進(jìn)行替代。并對 9Cr18MoV 材質(zhì)進(jìn)行淬火熱處理，該材質(zhì)淬火后洛氏硬度可以達到HRC56-58，能有效抗擊高壓除鹽水的沖擊。同時(shí)，它的抗腐蝕性能也較強，能夠滿(mǎn)足該工況下閥內件的耐腐蝕性要求。同閥芯、閥座密封副采用處堆焊鎳基合金以提高閥內件表面硬度的工藝相比較，9Cr18MoV 的淬火后硬度高于堆焊鎳基合金不銹鋼的硬度，同時(shí)，在滿(mǎn)足鍋爐主給水工況的條件下，它的經(jīng)濟性更佳。

3 結論

改進(jìn)后的閥籠結構采用三級降壓結構，使介質(zhì)壓力逐步從#高壓力降至閥后工作壓力，破壞了氣蝕形成的條件，閥籠、閥芯的使用壽命顯著(zhù)延長(cháng)。閥內件選用高強度不銹鋼制造，材質(zhì)進(jìn)行淬火硬化處理，硬化處理后的閥芯、閥籠、閥座表面硬度較高，材質(zhì)抗氣蝕能力增強，滿(mǎn)足了鍋爐主給水液位變送器長(cháng)周期、可靠運行的要求。