闸阀中腔异常升压的危害与防护

发布时间：2024-11-08 11:31:54 点击数：

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**为广泛，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，若上游侧流体温度升高，中腔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”。
典型的案例如Z962Y系列楔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。
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。
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完全有可能的，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**经济有效的方案，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。
（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降低中腔压力采用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）阀门外部安装专用泄压阀
在闸阀中腔外设泄压阀控制压力范围，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。
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。