闸阀异常升压的危害与三大防护措施

1、前言

        闸阀通常有单闸板、双闸板、楔式、平行式等结构设计,其中楔式双闸板（Z42、Z62系列）及楔式弹性闸板（Z40、Z60系列）应用,前者关闭时闸板自动吻合两侧阀座,自动补偿楔角的加工位置误差;后者则依靠闸板中部的弹性槽,靠阀杆的轴向推力补偿楔角的加工位置误差,两者均达到较好的密封效果。正是由于其双侧的优良密封,在某些场合会产生中腔压力异常升高现象,即当高温高压流体（液体或气体）被封堵于阀门中腔时,若上游侧（见图1）流体温度升高,中腔（见图1）流体会被热传递同步升高,由于中腔体积无法扩大,封堵中腔流体由冷态变为热态时,液体可能迅速汽化,导致压力急剧升高,增高的压力常常是几何级数。

        阀门超压工作的后果是十分严重的。阀门中腔异常升压时,其承压件及启闭件的工作应力（如阀杆及闸板架的使用应力）均会急剧增加,驱动机构的驱动力会不堪重负,甚至无法启动,严重时阀杆拉断、闸板架断裂、电机烧坏,这些现象在许多高压大口径闸阀中屡见不鲜,不少用户常常抱怨这是闸板“咬死”,其实“咬死”的真实原因常常是中腔的异常升压这一“隐形杀手”。

图1中腔异常升压说明

        典型的案例如Z962Y系列楔式双闸板闸阀运用于火电厂给水系统及其旁路时,这类阀门一般先在冷态作水压试验后关闭,当机组启动时系统温度升高到250～300℃时,由于温度急剧升高,封闭中部的冷态水温会同步急剧升高汽化,使流体体积增大,压力升高,此时若要开启阀门要么驱动力矩足够大,要么阀杆组件强度足够高,否则常常出现阀杆断裂、闸板架断裂、闸板T型槽开花、断裂,使给水泵无法启动,导致严重的停炉停机事故。

2、异常升压的危害

        异常升压的形成在许多闸阀的应用场合会惊人相似地发生,因为其发生的两大要素在许多工业系统是相似的,即系统介质在开机后,由冷态变热态;闸板在冷态关闭,热态时开启。因而若不对系统采取措施,异常升压对系统的破坏几乎是无法避免的,其有3方面危害:

       （1）对阀门本身的破坏

        阀门壳体、阀盖及阀杆零件的强度一般以阀门的公称压力设计其强度,异常升压时,其开启压力会成倍提高,导致相关零件的使用应力成倍升高,当材料实际应力超过许用应力时,高应力部位会产生断裂破坏,导致阀门无法开启,阀门整机将损坏或报废。

       （2）对系统安全的破坏

        显而易见,壳体、阀盖等承压件超压时是非常危险的,一旦超压其薄弱部位或许会先发生穿孔,引起介质外漏;其填料及自密封圈部位往往会被高压流体冲出,引起介质大量外漏。当介质是高温气体、有毒气体、有害气体时会更加严重,甚至会造成设备与人员的伤害。

       （3）对生产控制流程造成巨大损失

        阀门的正常启闭是各类工业流程控制的关键,一旦这种控制无法实现时,系统瘫痪须停机检修,这将会造成巨大的直接或间接损失。 

3、防护措施

        从设计、安装、调试等方面入手,从根本上消除中腔异常升压是*有可能的,归纳常用3套方案供广大用户参考:

       （1）阀门内部开设泄压孔

        解决中腔异常升压的根本是平衡中腔压力,开设泄压孔是有效的方案,图2所示分别为在上游侧闸板及进口侧阀座外圆开设了泄压孔,当中腔压力升高时,中腔压力会自动向上游侧泄放,始终保持中腔压力与上游侧压力相等,从而避免异常升压的发生。

（a）闸板泄压

（b）闸座泄压

       （2）阀门安装外旁路泄压

        对已出厂的阀门可采用安装时外旁路及外设泄压阀法降低中腔压力,如图3所示。

（a）外设泄压阀泄压

        外设带截止阀的旁路联通中腔与上游侧,当主闸板关闭后截止阀可关闭（视中腔温度变化情况,过高时须开启）。当开启主闸阀时,应先行开启旁路截止阀,降低中腔压力后再启动主闸阀。

       （3）阀门外部安装泄压阀

        图4所示为在闸阀中腔外设泄压阀控制压范围,设定泄压阀的排放压力为主阀门的额定工作压力,当中腔超压时,自动排放到设定压力,从而维护主闸阀的安全运行。

图4 阀门安装泄压阀

        图5为泄压阀的结构设计图（可供参考）。泄压阀前安装了截止阀,便于泄压阀的调整与检修。泄压阀的压力设定通常可按1.33PN考虑（PN为系统阀门的公称应力。

        除此之外,阀门调试时,尤其是电动阀调试时,应注意关闭行程及力矩的控制,尽可能将关闭力矩调小些,防止楔死闸板;高温阀门应考虑高温状态阀杆热胀引起的闸板楔死,建议高温高压大口径闸阀调试时,闸板到位后适当后退阀杆,避免真正咬死事故的发生。

图5泄压阀的结构设计

4、结语

        异常超压是双阀座类闸阀的隐形杀手,严重威胁着设备及系统的安全运行,必须引起重视;闸阀,尤其是高温、高压、大口径闸阀设计安装时必须考虑异常超压的发生,并采取必要的预防措施。

来源：慧聪泵阀网