自力式背壓調(diào)節(jié)閥工作原理

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項，現(xiàn)在介紹自力式背壓調(diào)節(jié)閥工作原理介紹了自力式背壓調(diào)節(jié)閥的特性，分析了國內(nèi)某核電站用輔助給水儲罐直接作用式背壓調(diào)節(jié)閥排量不足的原因，提出了將閥門更換為指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥的解決措施，并通過開啟行程和流量系數(shù)試驗，證明指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥滿足工況要求。
1、自力式背壓調(diào)節(jié)閥工作原理概述
自力式壓力調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源，依靠被測介質(zhì)自身壓力，按預(yù)先設(shè)定值，進(jìn)行自動壓力調(diào)節(jié)的控制裝置，自力式壓力調(diào)節(jié)閥在石化和電力輔助給水儲罐氮封系統(tǒng)使用較為普遍。本文針對國內(nèi)某核電輔助給水儲罐氮封系統(tǒng)的自力式背壓調(diào)節(jié)閥排量不足問題進(jìn)行了分析，并提出了閥門換型的解決措施。自力式背壓閥自力式壓力調(diào)節(jié)閥無需外加能源，能在無電無氣的場所工作，既方便又節(jié)約了能源。壓力分段范圍細(xì)且互相交叉，調(diào)節(jié)精度高。壓力設(shè)定值在運行期間可連續(xù)設(shè)定。
自力式壓力調(diào)節(jié)閥分為自力式壓力、壓差和流量調(diào)節(jié)閥三個系列。自力式壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)取壓點位置分閥前和閥后兩類，取壓點在閥前時，用于調(diào)節(jié)閥前壓力恒定；取壓點在閥后時，用于調(diào)節(jié)閥后壓力恒定。當(dāng)將閥前和閥后壓力同時引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室兩側(cè)時，自力式壓差調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥兩端的壓力恒定，也可將安裝在管道上孔板兩端的壓差引入薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室兩側(cè)，組成自力式流量調(diào)節(jié)閥，或用其他方式將流量檢測后用自力式壓差調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。
被控介質(zhì)輸入閥后，閥前壓力P1通過控制管線輸入下膜室，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后的壓力Ps輸入上膜室，P1與Ps的差即△Ps=P1-Ps 稱為有效壓力。P1作用在膜片上產(chǎn)生的推力與Ps作用在膜片上產(chǎn)生的推力差與彈簧反力相平衡確定了閥芯與閥座的相對位置，從而確定了流經(jīng)閥的流量。當(dāng)流經(jīng)閥的流量增加時，即△Ps增加，結(jié)果P1、Ps分別作用在下、上膜室，使閥芯向閥座方向移動，從而改變了閥芯與閥座之間的流通面積，使Ps增加，增加后的Ps作用在膜片上的推力加上彈簧反力與P1作用在膜片上的推力在新的位置產(chǎn)生平衡達(dá)到控制流量的目的。反之，同理。
 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥自力式調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域中的介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)。根據(jù)自動化系統(tǒng)中的控制信號，自動調(diào)節(jié)閥門的開度，從而實現(xiàn)介質(zhì)流量、壓力、溫度和液位的調(diào)節(jié)。

2、
核電輔助給水系統(tǒng)的給水儲罐儲存除鹽除氧水，水上部采用氮氣封閉以保護(hù)水不受空氣的污染。儲罐的氮封系統(tǒng)(圖1) 包括進(jìn)氣和排氣兩部分。進(jìn)氣部分主要裝置包括1個自力式減壓閥和1個手動隔離閥，排氣部分主要裝置包括1 個自力式背壓調(diào)節(jié)閥和1個手動隔離閥。正常運行時，進(jìn)氣和排氣管道的手動隔離閥保持開啟，氮氣從供給系統(tǒng)引入，經(jīng)減壓閥減壓后供給儲罐。儲罐氮氣壓力要求穩(wěn)定在10kPa(g) 左右。
自力式背壓調(diào)節(jié)閥的選用
圖1 給水儲罐氮封系統(tǒng)流程
當(dāng)儲罐充水或氮封系統(tǒng)減壓閥失效時，儲罐的壓力會異常升高。為了防止儲罐因超壓而損壞，背壓調(diào)節(jié)閥開啟排放多余的氮氣。背壓調(diào)節(jié)閥的開啟設(shè)定壓力為12kPa(g) ，要求的大排量為316Nm3/h。在核電廠試驗過程中，當(dāng)儲罐的充水速度為40t/h 時，儲罐的高壓報警裝置( 報警設(shè)定值為13kPa(g) ) 被觸發(fā)，這表明背壓調(diào)節(jié)閥的排量達(dá)不到系統(tǒng)設(shè)計要求。

性能特點:
1、流量大
2、自力常開式
3、內(nèi)反饋控制機(jī)構(gòu)
4、既減動壓也可減靜壓
5、閥后壓力可現(xiàn)場調(diào)節(jié)
6、適用于任何角度安裝
7、維修保養(yǎng)方便
 
安裝要求:
1、減壓閥出水端可設(shè)置軟接頭，便于安裝維修。
2、減壓閥可垂直或水平安裝，安裝中應(yīng)注意減壓閥進(jìn)水方向，不可顛倒。
3、減壓閥前后如設(shè)置壓力表，壓力表與減壓閥門進(jìn)口或出口端應(yīng)保持5DN以上距離。
4、減壓閥前應(yīng)設(shè)截止閥，一般安裝在過濾器前，便于維修時切斷水源。為保證產(chǎn)品的正常維護(hù)和不間斷供水，應(yīng)采用并聯(lián)安裝方式，此時減壓閥前后應(yīng)設(shè)置截止閥。
5、減壓閥內(nèi)部為精密組件，運輸及安裝過程中切不可用力摔打。減壓閥內(nèi)部有橡膠材料，運輸、存放及安裝時均應(yīng)遠(yuǎn)離熾熱環(huán)境(如電器焊等)，防止橡膠過早老化。
6、減壓閥前應(yīng)設(shè)計和安裝過濾器，以便保護(hù)減壓閥，延長使用壽命。安裝減壓閥之前必須對管路系統(tǒng)進(jìn)行沖洗清理，以防止焊渣、氧化皮等臟物流入閥門，影響閥門正常工作。

3、原因分析
3.1、功能和結(jié)構(gòu)
背壓調(diào)節(jié)閥為介質(zhì)直接作用型，氣室膜片的取壓孔設(shè)置在閥門內(nèi)部(圖2) 。系統(tǒng)正常運行時，閥門的氣室彈簧預(yù)緊力大于作用在膜片上的介質(zhì)壓力，使得閥瓣壓緊閥座，閥門保持關(guān)閉。當(dāng)介質(zhì)壓力達(dá)到或超過設(shè)定壓力時，膜片下方的介質(zhì)壓力能夠克服彈簧的預(yù)緊力，使閥門開啟。閥門的開度與閥門的超壓成正比。
自力式背壓調(diào)節(jié)閥的選用

圖2 直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥
直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，不需要設(shè)置外部取壓口，安裝方便。但是，閥門設(shè)定壓力精度不高，且在超壓工況有頻跳的現(xiàn)象。由于閥門膜片的取壓孔位于閥腔內(nèi)，當(dāng)閥門開啟并排放流量時，儲罐至閥門入口，以及閥門入口至閥門中腔都有流動引起的壓力損失，此處所取的壓力低于儲罐的壓力，不利于閥門達(dá)到要求的開度。另外閥門采用流關(guān)型結(jié)構(gòu)，閥門開啟后介質(zhì)的流動不利于維持閥門的開啟。當(dāng)閥門開啟排放流量時，閥腔內(nèi)部流動紊亂，壓力脈動較大，膜片經(jīng)受壓力脈動會引起閥門顫振，容易引起膜片、閥桿及導(dǎo)向面損傷。閥門的閥瓣/閥座采用金屬密封(堆焊司太立合金) ，密封性能差。
3.2、水力計算
氮封系統(tǒng)中，背壓調(diào)節(jié)閥與給水儲罐中間安裝有1個手動隔離閥、4 個彎頭(3 個90°，1 個30°) 和4.1m 長的管道。經(jīng)管路水力計算，在大工作溫度(60℃) 下排放設(shè)計要求的大流量(316 Nm3/h)時，閥門上游管道的氣體平均速度達(dá)到17.9m/s( 氣體動壓0.18kPa) ，從儲罐到背壓調(diào)節(jié)閥入口有0.73kPa 的壓損，假定儲罐內(nèi)氮氣壓力達(dá)到報警壓力13.0kPa(g) ，減去閥門上游的壓損和氣體動壓(該動壓不能利用) ，閥門入口靜壓僅為12.09kPa(g) ，閥門出口靜壓為0.72kPa(g) ( 該出口靜壓是用于克服下游排放管道的壓損) 。
由于閥門入口至閥門中腔有一定壓損，閥門中腔取壓孔處的壓力會低于閥門入口靜壓，即氣室膜片接收到的壓力會低于閥門入口靜壓12. 09kPa(g) 。按閥門設(shè)定壓力12.0kPa(g) ，此時膜片接收到的超壓小于0.09kPa (g ) ，不到設(shè)定壓力的0.75%。經(jīng)分析，閥門在如此小的超壓下無法達(dá)到要求的排量。

4、結(jié)語
相對于直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥，指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥具有控制精度高、密封性好、可防止頻跳等優(yōu)點，其性能滿足核電廠的設(shè)計要求。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應(yīng)用