指揮器型自力式減壓閥優化改進方案

【資料簡介】

指揮器型自力式減壓閥優化改進方案

自力式減壓閥是常用的壓力調節設備之一，其可以根據下游壓力控制閥門啟閉來維持閥后壓力，不需要外部動力。指揮器型自力式減壓閥是一種帶有先導執行器的減壓閥，它更能精準地控制下游壓力，能適用于高壓差的場合。然而在運行過程中，這類減壓閥的缺陷也層出不窮，其中發生最為頻繁的是調節性能下降的問題。

本文以氮氣供應系統的氮氣減壓閥為例，通過對指揮器型自力式減壓閥結構、原理的剖析，結合現場故障模式，分析了導致該閥調節性能下降的種種原因，并針對性地提出閥門的改進措施，完成了閥門結構的技術改進，消除了閥門的疑難缺陷。

 自力式帶指揮器壓力減壓閥的壓力設定在指揮器上實現，因而方便、快捷、省時省力可運行狀態下連續設定；控制精度高，可比一般ZZY型直接操作自力式壓力調節閥高一倍，適合于控制精度要求高的場合；檢測、執行元件由耐高溫材料制作。

關鍵詞：自力式減壓閥；指揮器；原因；調節性能

1 指揮器型自力式減壓閥優化改進方案概述

在運行過程中，其氮氣供應系統中的指揮器型自力式減壓曾連續出現調節性能下降的缺陷，主要表現為閥后壓力不能穩定，更重要的是卸壓箱氮氣壓力的不穩定，將對設備安全運行造成影響，從而影響核安全。

由閥體、閥座、閥芯部件等零部件組成，是一種無需外加能源而直接依靠被調介質自身的壓力變化進行自動調節壓力的節能型產品，自力式減壓閥無需外加能源，利用被調介質自身能量為動力源引入執行機構控制閥芯位置，改變兩端的壓差和流量，使閥前（或閥后）壓力穩定。具有動作靈敏，密封性好，壓力設定點波動力小等特點，廣泛應用于氣體、液體及蒸汽介質減壓穩壓或泄壓穩壓的自動控制。可用于非腐蝕性（.高溫度350攝氏度）液體、氣體和蒸汽等介質的壓力裝置。廣泛應用于石油、化工、冶金、輕工等工業部門及城市供熱、供暖系統。

自力式減壓閥產品特點

自力式壓力調節閥無需外加能源，能在無電無氣的場所工作，既方便又節約了能源。

壓力分段范圍細且互相交叉，調節度高。

壓力設定值在運行期間可連續設定。

對閥后壓力調節，閥前壓力與閥后壓力之比可為10：1～10：8。

橡膠膜片式檢測，執行機構測度高、動作靈敏。

采用壓力平衡機構，使調節閥反應靈敏、控制。

2 指揮器型自力式減壓閥優化改進方案閥門結構原理分析

指揮器型自力式減壓閥的結構原理:指揮器型自力式減壓閥的工作原理是：在系統未運行時，主閥閥芯處于關閉狀態，先導閥閥芯處于開啟狀態。當介質從閥前流至主閥閥體時，上游壓力P1經減壓器進入指揮器B室作為驅動能源使用，通過開啟的先導閥閥芯后到達主執行器下室C，推動主執行器膜片，從而帶動主閥閥芯開啟；隨著下游壓力的上升，受控的下游壓力P2經引壓管傳送至指揮器檢測室A，并在此轉換成定壓力。當下游壓力達到設定值時，先導閥閥芯關閉，此時維持閥門開啟的驅動能源切斷，隨后主執行器下室C的壓力通過節流閥釋放，最終在彈簧作用下使主閥關閉（指揮器型自力式減壓閥的工作原理如圖1所示）。

由其工作原理可見，主閥的啟閉取決于主執行器中C室的壓力，而C室的壓力是來自于閥前介質壓力P1，那么指揮器在其中的作用就是通過先導閥的開合來打開和切斷進入C室的動力源，因此指揮器是主閥的先導控制部件；然而指揮器先導閥閥芯自身的啟閉又是通過閥后壓力的升降來實現的，指揮器可以看作是一個單獨的自力式減壓閥，閥后壓力反饋至其執行器檢測室A后，與彈簧形成一對平衡力，因此整個閥門的定值是通過調整指揮器的彈簧力來設定的。

指揮器型自力式減壓閥優化改進方案技術參數

公稱通徑DN		20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250	300
額定流量系數Kv		7	11	20	30	48	75	120	190	300	480	760	1100	1750
噪音衡量系數Z值		0.6	0.6	0.6	0.55	0.55	0.5	0.5	0.45	0.4	0.35	0.3	0.2	0.2
允許壓差 (Mpa)	PN16	1.6								1.5		1.2	1,0
	PN40	2.0
閥蓋形式		標準型-17～+300℃、高溫型+300℃～+450℃
壓蓋型式		螺栓壓緊式
密封填料		V型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉紡織填料、石墨填料
閥芯形式		單座、套筒型閥芯
流量特性		線性

執行器參數

有效面積(cm )	32※	80	250	630
壓力設定范圍(MPa)	0.8～1.6	0.1～0.6	0.015～0.15	0.005～0.035
	0.3～1.2	0.05～0.3	0.01～0.07
保證壓力閥正常工作的 .小壓差△Pmin(MPa)	≥0.05	≥0.04	≥0.01	≥0.005
允許上下膜室之間.大壓差(MPa)	2.0	1.25	0.4	0.15
材料	膜蓋：鋼板鍍鋅； 膜片：EPDM或FKM夾纖維
控制管線、接頭	銅管或鋼管10×1； 卡套式接頭：R1/4"

注：※該有效面積所對應的壓力設定范圍不適用于DN150-250。

指揮器型自力式減壓閥優化改進方案性能指標

設定值偏差		±8%
允許泄露量 (在規定實驗條件下)	硬密封	4×0.01%閥額定容量
	軟密封	DN15～50	DN65～125	DN150～250
		10氣泡/min	20氣泡/min	40氣泡/min

指揮器型自力式減壓閥優化改進方案工作溫度

公稱通徑		15～125mm	150～250mm
密封型式	硬密封	≤150℃	≤140℃
		冷卻罐≤200℃	冷卻罐和加長件≤200℃
		冷卻罐和散熱片≤350℃ ※	冷卻罐和加長件≤300℃ ※
	軟密封	≤150℃

注：※表示該閥允許工作溫度，僅當介質為蒸汽時有效，且耐溫至350℃需選用PN40的閥體。

指揮器型自力式減壓閥優化改進方案零件材料

材料代號		C（WCB）	P（304）	R（316）
主要 零件	閥體	WCB（ZG230-450）	ZG1Cr18Ni9Ti（304）	ZG1Cr18Ni12Mo2Ti（316）
	閥芯、閥座	1Cr18Ni9Ti（304）	1Cr18Ni9Ti（304）	1Cr18Ni12Mo2Ti（316）
	閥桿	1Cr18Ni9Ti	1Cr18Ni9Ti	1Cr18Ni12Mo2Ti
	膜片	丁睛橡膠、乙丙橡膠、氯丁膠、耐油橡膠
	膜蓋	A3、A4鋼涂四氟乙烯
	填料	聚四氟乙烯、柔性石墨
	彈簧	60Si2Mn
	導向套	HPb59-1

指揮器型自力式減壓閥優化改進方案主要外形尺寸

公稱通徑(DN)			20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250	300
法蘭接管尺寸(B)			383		512		603	862		1023	1380		1800	2000	2200
法蘭端間距(L)			150	160	180	200	230	290	310	350	400	480	600	730	850
壓力調節范圍(KPa)	15-140	H	475		520		540	710		780	840	880	915	940	1000
		A	280		308
	200-500	H	455		500		520	690		760	800	870	880	900	950
		A	230
	120-300	H	450		490		510	680		750	790	860	870	890	940
		A	176					194			280
	480-1000	H	445		480			670		740	780	850	860	880	930
		A	176					194			280
	600-1500	H	445		570		600	820		890	950		1000	1100	1200
		A	85		96
	1000-2500	H	445		570		600	820		980	950		1000	1100	1200
		A	85		96
大約重量(Kg)			26		37		42	72	90	114	130	144	180	200	250
導壓管接口螺紋			M16X1.5

3 指揮器型自力式減壓閥優化改進方案原因分析

3.1 主閥密封面泄漏

首先考慮的就是閥門密封面是否損壞，減壓閥密封面的損壞必將造成閥后壓力在達到設定值后，不能密封，從而使閥后壓力的繼續上升。那么對于指揮器型自力式減壓閥也一樣，由于氮氣減壓閥的用戶為封閉的卸壓箱，主閥密封面的泄漏必將造成卸壓箱壓力的上升，直至達到報警值。由于缺陷發生時，方家山機組正處于首循環運行期間，新機組的系統清潔度較低，如系統中的雜質粘附在密封面上時，則極易引起密封面損傷，從而造成內漏。

3.2 指揮器先導閥密封面泄漏

指揮器先導閥的密封形式為軟密封，閥芯的密封件為橡膠O型圈，其密封面為錐面密封。由于軟密封材質補償量大，回彈率高，故軟密封形式的特點是密封性能好，密封比壓不用太高，通常不易泄漏。但如O型圈有老化、裂紋等缺陷或材質問題，導致先導閥不能密封，那么就會通過上述兩種情況使減壓閥閥后壓力上升。因此，指揮器先導閥密封面的泄漏也可能是導致閥門壓力上升的原因。

3.3 指揮器膜片泄漏

指揮器的膜片泄漏只要考慮上膜片室即可，下室無壓力。指揮器執行器膜片泄漏的可能原因有膜片破損、膜片邊緣泄漏或閥桿上部O型圈泄漏。如指揮器執行器膜片的泄漏較大或膜片破損，則將導致膜片室壓力過低，甚至不能產生壓力，那么指揮器閥芯就會在彈簧力作用下保持打開狀態，這樣閥后壓力就會持續上升，但同時閥后介質通過破損的膜片泄漏。由于主閥芯通徑大于閥后引壓管通徑，進氣速率大于泄漏速率，閥后壓力總體趨勢還是偏向上升；如指揮器執行器的膜片室微量泄漏，由于其與閥后管道相通，膜片室壓力不會顯著下降，但閥后壓力會隨著閥后介質的微量泄漏而緩慢下降，降至設定值以下時，指揮器先導閥打開，從而主閥打開補壓，達到設定值時都關閉，上述現象將會周而復始地出現，長時間內應呈現出壓力的上下波動，而不是壓力的持續緩慢上升。

4 指揮器型自力式減壓閥優化改進方案原因排查與改進措施

4.1 根本原因排查

首先檢查膜片泄漏，現場采用檢漏液檢查。經檢查指揮器膜片無泄漏，排除了個原因，將原因進一步定位在了主閥和先導閥的密封面上。維修人員通過關閉減壓閥后的球閥，發現壓力表壓力迅速上升，證實了主閥或先導閥密封面存在泄漏。由于解體先導閥較解體主閥來說時間短，所受輻射風險小，因此維修組選擇先檢查先導閥。先導閥的檢查只需拆除指揮器膜片螺栓，打開膜片室即可。經過解體發現，指揮器的先導閥密封圈已破損，O型圈一側的外緣被切削掉一部分。隨后維修組對閥芯、閥座尺寸進行了測量，發現閥芯上O型圈線徑為1.9mm，而閥芯槽寬僅為1.24mm，線徑大于槽寬，導致其不能進入槽內，安裝后外圓尺寸過大，閥門反復開關后易導致O型圈外側被閥座邊緣切削。由于當時時間緊迫，現場改用線徑稍小的O型圈臨時替代，再次回裝后先導閥暫時無內漏，閥門調節性能恢復正常。可見，引起該閥調節性能下降的直接原因為指揮器的先導閥密封面泄漏。

4.2 閥門結構改進

維修部門隨即將先導閥結構的改進方案提交給設備廠家，設備廠家根據改進方案重新加工了指揮器先導閥的閥芯閥桿組件。在大修期間，維修部門利用大修的隔離窗口，更換了減壓閥指揮器先導閥的閥芯閥桿組件，并調整了閥座錐度，反復開關試驗后檢查O型圈完好。待核島氮氣供應系統恢復后，閥門再次投運時，其密封性良好，調節性能正常，成功解決了氮氣減壓閥調節性能下降的疑難缺陷。

指揮器型自力式減壓閥優化改進方案結束語

在運行期間，閥門的問題層出不窮，且故障的表現形式各異。揮器型自力式減壓閥正由于其結構較為復雜，導致其故障發生的原因有很多種，如何抓住重點，找出故障發生的根本原因，是解決問題的關鍵。在機組氮氣系統指揮器型自力式減壓閥的故障處理中，維修人員從設備結構、工作原理以及故障表征出發，首先在紛繁復雜的故障原因中篩選出可能導致此類減壓閥壓力上升的主要因素，并通過現場排查和驗證，找出了問題的根本原因，最終針對性地制定了改進措施，將設備缺陷消除。同時，指揮器型自力式減壓閥調節性能下降的原因分析和改進，也展現了此類閥門問題的一個完整的分析和處理過程，可以為解決諸多類似的問題提供參考，具有一定的借鑒意義。