1 之前介紹自力式壓力調節(jié)閥在化工行業(yè)應用，現在介紹電廠熱循環(huán)系統(tǒng)硬密封球閥改進閥門及系統(tǒng)功能簡介
電廠第二回路熱循環(huán)系統(tǒng)的排水管裝有氣動排氣閥，將排水引至普通汽輪機高壓收集器，并將排水放進冷凝器。該閥主要由上游排水袋液位開關控制。隨著排液袋液位的增加，液位開關動作被觸發(fā)。當CI報警發(fā)送到主控制室時，氣動排水閥自動開啟排水，液面恢復后由延時繼電器設定開啟時間后自動關閉。所述疏水袋設置在較低的疏水點，用于收集凝結水。由于第二回路排汽閥溫度高、動作頻繁，采用氣動硬密封球閥。受系統(tǒng)溫度的限制，不能使用聚四氟乙烯等非金屬閥座，而采用金屬閥座的硬密封形式。氣門球和閥座在超音速下噴涂硬質合金，其硬度高于普通堆焊層，氣門球的硬度高于閥座的硬度。這種球閥結構屬于浮式兩片式，進氣側閥座密封，中間法蘭的預緊力提供初始填料密封力，依靠進口側閥座底部的蝶形彈簧來保持密封力。該球閥口徑從1.5～4 in不等，壓力等級為CL600與管道下游的連接方式為對接焊，屬氣動兩位開關閥，氣缸為帶手輪操作裝置的彈簧復位式單作用活塞式氣缸，如圖1～圖2所示。 
2 電廠熱循環(huán)系統(tǒng)硬密封球閥改進閥后自帶不銹鋼管道沖蝕情況
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥典型蒸汽疏水球閥閥體結構圖1.球體2.進口側閥座3.彈簧4.閥桿5.閥體6.氣動執(zhí)行器7.指示器8.閥體螺栓9.填料組件蒸汽疏水球閥在安裝時本身自帶一段管道，以閥后管線砂眼的PV4115為例其材質為ASTM A182等級F22高溫鍛造鉻鉬不銹鋼，焊接管道為ASTM A106B高溫作業(yè)用碳素鋼無縫鋼管。本次發(fā)現泄漏的部位并非位于系統(tǒng)碳鋼管道上，而是在閥門自帶的不銹鋼管段。閥后自帶管段壁厚測量方式如圖3所示。利用超聲波測厚儀（型號26MG，儀器精度±0.1mm）對閥后不同材質管道進行逐點測厚，如表1所示。
表1 壁厚測量結果mm 根據表1測量數據發(fā)現不銹鋼管段A3區(qū)域測厚數據發(fā)生了異常減薄，而焊縫后的碳鋼管段未見明顯管壁減薄現象。其他區(qū)域壁厚分布無明顯規(guī)律性。隨即對漏點區(qū)域（長度為閥門法蘭至管道變徑處，寬度為管道底部中心向兩側延伸各45°位置）進行擴大檢查。
從表2數據可以看出，閥后直管段漏點附近數據測量值為9.0～9.3 mm之間，對其進行擴大檢測，發(fā)現管道底部一整片區(qū)域數據異常，區(qū)域內部分位置超聲波測厚儀無法獲得反射數據，可測得數據在9.0～12.2 mm之間。
常用的硬化工藝主要有以下幾種：
（1）球體表面堆焊硬質合金，硬度可達30HRC以上，球體表面堆焊硬質合金工藝復雜，生產效率低，且大面積堆焊易使零件產生變形，目前對球體表面硬化的工藝使用較少。
（2）球體表面鍍硬鉻，硬度可達40～55HRC，厚度0.07～0.10mm，鍍鉻層硬度高、耐磨、耐蝕并能長期保持表面光亮，工藝相對簡單，成本較低。但硬鉻鍍層的硬度在溫度升高時會因其內應力的釋放而迅速降低，其工作溫度不能高于427℃。另外鍍鉻層結合力低，鍍層易發(fā)生脫落。
（3）球體表面采用等離子氮化，表面硬度可達50～55HRC，氮化層厚度0.20～0.40mm，等離子氮化處理硬化工藝由于耐腐蝕性較差，不能在化工強腐蝕等領域使用。
（4）球體表面超音速噴涂（HVOF）工藝，硬度可達60～70HRC，集合強度高，厚度0.3～0.4mm，超音速噴涂是球體表面硬化主要工藝手段。在火力發(fā)電廠、石油化工系統(tǒng)、煤化工領域的高粘性流體；帶粉塵及固體顆粒狀的混合流體、強腐蝕的流體介質中大部分使用該硬化工藝。 超音速噴涂工藝是氧燃料燃燒產生高速氣流加速粉末粒子撞擊工件表面，形成致密表面涂層的一種工藝方法。在撞擊過程中，由于粒子的速度較快（500～750m/s）且粒子溫度較低（-3000℃），因此撞擊工件表面后，可以獲得高結合強度、低空隙率、低氧化物含量的涂層。
HVOF的特點是合金粉末粒子速度超過音速，甚至是音速的2～3倍，氣流速度是音速的4倍。 HVOF是一種新的加工工藝，噴涂厚度0.3～0.4mm，涂層與工件之間是機械結合，結合強度高（77MPa），涂層孔隙率低（＜1%）。該工藝對工件加熱溫度低（＜93℃），工件不變形，可進行冷噴涂。噴涂時，粉末粒子速度高（1370m/s），無熱影響區(qū)，工件的成分和組織無變化，涂層硬度高，可進行機加工。
（5）、噴焊是一種金屬材料表面熱噴涂處理工藝。它是通過熱源將粉末（金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加熱到熔融或達到高塑性狀態(tài)后，依靠氣流將其噴射，沉積到預先處理過的工件表面上，形成一層與工件表面（基材）結合牢固的涂（焊）層。 噴焊和堆焊硬化工藝中硬質合金與基體均具有熔融過程，硬質合金與基體集合處有熱融區(qū)，為*達到噴焊或堆焊硬質合金層性能，避免加工后焊接熱融區(qū)為金屬接觸面，建議噴焊或堆焊硬質合金厚度需要大于3mm以上
3 閥后延伸碳鋼管道沖蝕情況
以PV4107為例，閥后自帶管道材質與PV4115一致，延伸管道管線材質為ASTM 105碳鋼公稱外徑為48.26 m m，公稱壁厚為5.08 mm。 結合圖4、表3可以看出，PV4107閥后碳鋼管段從焊縫位置后50 mm開始大部分區(qū)域逐漸發(fā)生了減薄，薄處僅為2 mm，發(fā)生在閥后約4～6倍管徑處，詳見圖9。 對閥后管道進行剖開目視觀察，管內表面形貌具有明顯的溝槽狀。進一步對管內表面進行宏/微觀分析，樣品1處宏觀可見明顯的溝槽，高倍下溝槽底部呈現明顯的沖刷腐蝕形貌，宏觀上有條狀“水線”痕跡，高倍下（200×、500×）觀察可發(fā)現，此“水線”實為沿流速方向沖刷的小凹坑。其他沖蝕減薄部位形貌與樣品1處基本相似，均為沿流體方向的線狀沖刷凹坑。該凹坑現直接導致管道壁厚的減薄直至腐蝕穿孔。
綜上所述，蒸汽疏水氣動球閥閥后的管道管壁減薄情況，不僅僅出現在閥門自帶不銹鋼部分，其延伸的碳鋼管道也會出現不同情況的管壁減薄情況。對于大口徑4 in閥門，其閥后管道壁厚的減薄集中出現與底部兩側45°區(qū)域，小口徑管道則呈現出整個環(huán)狀管壁減薄。
4 電廠熱循環(huán)系統(tǒng)硬密封球閥改進管壁減薄原因分析
4.1 化學成分及金相分析
采用電感耦合等離子光譜發(fā)生儀（ICP）對減薄管段化學成分進行分析，結果如表4所示?；w化學成分符合ASTM A182/A105的成分要求。 減薄管段化學成分質量分數% 碳鋼管道橫向金相組織（鐵素體+珠光體） 從樣件的化學成分可以看出，不論是閥后自帶不銹鋼管段還是與系統(tǒng)接口的碳鋼管道，其化學元素含量均滿足標準要求，可以排除自身材質問題。
4.2 閥后管壁減薄原因分析
4.2.1 流速對管壁減薄影響
機組正常運行時，排汽管道閥體溫度在100℃以上。如果閥門沒有內部泄漏，閥門后面的管道溫度將與閥門前面的管道溫度明顯不同。閥門前面的介質是蒸汽-水兩相流.本文中閥門后面的管道受到嚴重的沖刷和腐蝕，這本質上是由于汽水兩相流體和金屬表面的相對運動引起的，從而導致了金屬的加速失效。一般來說，隨著流量的增加，腐蝕速率增加。首先，在一定流量范圍內，腐蝕速率緩慢增加，當流速達到一定臨界值時，腐蝕急劇上升。在高流量條件下，不僅均勻腐蝕嚴重，局部腐蝕也嚴重。當流體速度超過“剝落速度”時，表面的剪應力大到足以撕開或剝離保護氧化膜，腐蝕過程變成了一個腐蝕過程。
4.2.2 電廠熱循環(huán)系統(tǒng)硬密封球閥改進流速分析
以文中提及的PV4107為例，查閱給水加熱和抽汽系統(tǒng)手冊，PV4107閥前疏水袋溫度約為170℃，壓力約為1.2 MPa，閥后壓力約0.01 MPa（表壓，考慮閥后管線至凝汽器的管阻壓降），查閱水-水蒸氣熱力性質表，閥前流體密度為897 kg/m3。在這種情況下，只要閥門略有節(jié)流降壓，流體就會發(fā)生閃蒸，產生該壓力下的飽和水以及飽和汽。查閱水的飽和蒸汽壓表，1.2 MPa對應的飽和溫度為187℃，因此閥前過冷度為17℃。根據Spirax sarco閃蒸蒸汽計算軟件，求得冷凝水經過PV4107閥后，約產生13.7%（質量百分比）的蒸汽。查閱水-水蒸氣熱力性質表，0.01 MPa壓力下，飽和液密度989 kg/m3，飽和汽密度0.068 kg/m3。由于此段管線流速未知，假設閥前流速0.1 m/s，則閥前流量為
5 結論
上述計算表明，此工況下發(fā)生閃蒸后閥后流體速度會增加1000～2000倍，如此高流速的濕蒸汽對閥后管道產生*的沖刷作用，形成所示沖刷形貌。
該閥球材料為410SS/RAM31，閥球后管段材料為A182-F22/RAM31。410SS以及A182-F22分別為馬氏體不銹鋼和Cr-Mo鋼，RAM工藝為VTI公司火箭噴鍍技術，在材料表面噴涂一層硬質合金，RAM31為在閥球和閥球后管道表面噴涂一層80%Cr2C3+20%Ni-Cr粉末，表面硬度可達66～69HRC。如此高的硬度下閥球發(fā)生破損，這表明經過閥球后流體流速非?？?，沖刷作用很強，與上述計算結果一致。與本文相關的論文：自力式煤氣調壓閥組
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