自力式背压调节阀的选用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)深圳中广核工程设计有限公司 作者:方立宏

  介绍了自力式背压调节阀的特性,分析了国内某核电站用辅助给水储罐直接作用式背压调节阀排量不足的原因,提出了将阀门更换为指挥器操作型背压调节阀的解决措施,并通过开启行程和流量系数试验,证明指挥器操作型背压调节阀满足工况要求。

1、概述

  自力式压力调节阀是一种无需外来能源,依靠被测介质自身压力,按预先设定值,进行自动压力调节的控制装置,自力式压力调节阀在石化和电力辅助给水储罐氮封系统使用较为普遍。本文针对国内某核电辅助给水储罐氮封系统的自力式背压调节阀排量不足问题进行了分析,并提出了阀门换型的解决措施。

2、工作原理

  核电辅助给水系统的给水储罐储存除盐除氧水,水上部采用氮气封闭以保护水不受空气的污染。储罐的氮封系统(图1) 包括进气和排气两部分。进气部分主要装置包括1个自力式减压阀和1个手动隔离阀,排气部分主要装置包括1 个自力式背压调节阀和1个手动隔离阀。正常运行时,进气和排气管道的手动隔离阀保持开启,氮气从供给系统引入,经减压阀减压后供给储罐。储罐氮气压力要求稳定在10kPa(g) 左右。

自力式背压调节阀的选用

图1 给水储罐氮封系统流程

  当储罐充水或氮封系统减压阀失效时,储罐的压力会异常升高。为了防止储罐因超压而损坏,背压调节阀开启排放多余的氮气。背压调节阀的开启设定压力为12kPa(g) ,要求的最大排量为316Nm3/h。在核电厂试验过程中,当储罐的充水速度为40t/h 时,储罐的高压报警装置( 报警设定值为13kPa(g) ) 被触发,这表明背压调节阀的排量达不到系统设计要求。

3、原因分析

  3.1、功能和结构

  背压调节阀为介质直接作用型,气室膜片的取压孔设置在阀门内部(图2) 。系统正常运行时,阀门的气室弹簧预紧力大于作用在膜片上的介质压力,使得阀瓣压紧阀座,阀门保持关闭。当介质压力达到或超过设定压力时,膜片下方的介质压力能够克服弹簧的预紧力,使阀门开启。阀门的开度与阀门的超压成正比。

自力式背压调节阀的选用

图2 直接作用型背压调节阀

  直接作用型背压调节阀结构简单,外形尺寸小,不需要设置外部取压口,安装方便。但是,阀门设定压力精度不高,且在超压工况有频跳的现象。由于阀门膜片的取压孔位于阀腔内,当阀门开启并排放流量时,储罐至阀门入口,以及阀门入口至阀门中腔都有流动引起的压力损失,此处所取的压力低于储罐的压力,不利于阀门达到要求的开度。另外阀门采用流关型结构,阀门开启后介质的流动不利于维持阀门的开启。当阀门开启排放流量时,阀腔内部流动紊乱,压力脉动较大,膜片经受压力脉动会引起阀门颤振,容易引起膜片、阀杆及导向面损伤。阀门的阀瓣/阀座采用金属密封(堆焊司太立合金) ,密封性能差。

  3.2、水力计算

  氮封系统中,背压调节阀与给水储罐中间安装有1个手动隔离阀、4 个弯头(3 个90°,1 个30°) 和4.1m 长的管道。经管路水力计算,在最大工作温度(60℃) 下排放设计要求的最大流量(316 Nm3/h)时,阀门上游管道的气体平均速度达到17.9m/s( 气体动压0.18kPa) ,从储罐到背压调节阀入口有0.73kPa 的压损,假定储罐内氮气压力达到报警压力13.0kPa(g) ,减去阀门上游的压损和气体动压(该动压不能利用) ,阀门入口静压仅为12.09kPa(g) ,阀门出口静压为0.72kPa(g) ( 该出口静压是用于克服下游排放管道的压损) 。

  由于阀门入口至阀门中腔有一定压损,阀门中腔取压孔处的压力会低于阀门入口静压,即气室膜片接收到的压力会低于阀门入口静压12. 09kPa(g) 。按阀门设定压力12.0kPa(g) ,此时膜片接收到的超压小于0.09kPa (g ) ,不到设定压力的0.75%。经分析,阀门在如此小的超压下无法达到要求的排量。

4、结语

  相对于直接作用型背压调节阀,指挥器操作型背压调节阀具有控制精度高、密封性好、可防止频跳等优点,其性能满足核电厂的设计要求。

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