火电厂水汽分析取样装置控制阀的优化设计

王小旭

吉林工业职业技术学院 吉林 吉林 132013

水汽分析取样装置作为火电厂的重要监测装置，其可靠性将直接影响发电系统能否平稳运行，其中，控制阀是整个装置中的重要部件之一。自本世纪初，我国火电建设逐渐朝着大容量、高参数方向发展。目前，火力发电站600 MW 超临界机组主蒸汽压力已达24.2 MPa、温度538/566℃，1000 MW超超临界机组主蒸汽压力已达31 MPa、温度593℃，主给水系统压力则更高[1]。这就要求，控制水汽分析取样装置重介质通与止的控制阀对耐高温、耐高压的能力也要有相应提高。

当前，国内电厂水气分离装置中所用的阀门多数采用进口的Swagelok阀和Park阀，这两种阀不但存在着价格昂贵而且设计及使用过程中也都存在不足。Swagelok阀阀针的头部为球形，球与孔的间隙易被水垢填满，失去自由转动能力，另外该阀没有设置逆向可封闭结构，安全性能较差；Park阀虽具有逆向可封闭功能，但阀针头与控制杆连接不牢靠，易脱落。如何合理设计、加工出高性能的高温高压介控制阀，在降低设备安全隐患、降低电厂运行成本及提高电厂关键零件国产能力等方面都有着重大意义[2]。

一、阀体结构设计

依据我国火力发电厂设备指标及水汽分析取样装置工作环境确定阀门主要技术参数如下：

(1)公称压力：35 Mpa；(2)设计温度：620℃；(3)适用介质：水、蒸汽；(4)驱动方式：手动。

介质控制阀设计时采用GB/T12235及ASMEB16.34等相关标准。设计得到装配图如图1所示。控制阀主要包括阀体、螺纹外套、螺纹内套、外联螺母、密封圈、控制杆和锁紧螺母。控制杆从上至下依次装于螺纹内套、密封圈、螺纹外套的底部和介质控制口中，控制杆的上部与螺纹内套上部螺纹连接，螺纹内套上部与螺纹外套卡接，在控制杆上部套置的锁紧螺母与螺纹内套上端面相接触、且与螺纹外套螺纹连接，详见图1。

图1 阀门装配图

二、工作原理及结构创新

逆向可封闭介质控制阀由阀体、控制杆、针头、螺纹内套、螺纹外套和压紧螺母等组成。介质流通方向为图示中左进右出，以保证阀门关闭状态下阀体内部不存在介质。控制杆与螺纹内套采用螺纹连接，阀门开启时，手柄带动控制杆逆时针旋转，螺纹内套相对阀体静止，控制杆向上运动。

设计时在控制杆下部设计一圆锥台，如上图所示13。当控制其开度最大时，圆锥台与螺纹内套5的中心孔紧密接触，使控制阀腔体与上密封隔断。避免气体进入上密封腔，此时，即使上密封失效亦可避免产生泄漏。

三、材料选择及工艺创新

由于水汽分析取样装置中介质控制阀的工作环境存在着温度高、温差大的特点，因此普通材料制成的控制阀经常出现易脱落、易结垢、易磨损等技术难题，进而影响到整套发电装置的安全运行。经研究发现选用航空发动机用的高温合金替代传统加工材料，使用温度可提高至近900℃，高温合金具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能和断裂韧性等综合性能[4]，做合适的热处理后整体车削而成的针头可有效地解决易磨损问题，能够有效的简化在密封部分表面堆焊stely合金后进行车削、磨削的传统制造工艺，并可大幅度降低生产成本。

针头与控制杆连接部位采用挤压收口的连接方法，针头在控制杆孔内可以轴向传动、周向转动，既易于对接密封口又能有教的降低磨损，较大程度的延长使用寿命且不易脱落。

四、结论

文章根据我国火力发电厂发展过程中，对水汽分析取样装置中控制阀提出的新要求，提出了一种新的设计方案。通过结构创新，使得阀门在上密封件损坏或松动时亦能防止高温高压喷出，能够有效的保障操作者安全；根据阀门工作环境对材料性能要求，选择高性能航空材料，通过合适的热处理，使产品耐高温高压性能大幅提高，极大的延长产品的使用寿命；创新针头与控制杆连接方法，有效的解决了易结垢导致转动不灵活的问题，并对类似零件的设计及加工有着一定的指导和借鉴意义。