前言

    閘閥通常有單閘板、雙閘板、楔式、平行式等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中楔式雙閘板（Z42、Z62系列）及楔式彈性閘板（Z40、Z60系列）應(yīng)用最為廣泛，前者關(guān)閉時(shí)閘板自動(dòng)吻合兩側(cè)閥座，自動(dòng)補(bǔ)償楔角的加工位置誤差；后者則依靠閘板中部的彈性槽，靠閥桿的軸向推力補(bǔ)償楔角的加工位置誤差，兩者均達(dá)到較好的密封效果。正是由于其雙側(cè)的優(yōu)良密封，在某些場(chǎng)合會(huì)產(chǎn)生中腔壓力異常升高現(xiàn)象，即當(dāng)高溫高壓流體（液體或氣體）被封堵于閥門中腔時(shí)，若上游側(cè)（見(jiàn)圖 1）流體溫度升高，中腔（見(jiàn)圖 1）流體會(huì)被熱傳遞同步升高，由于中腔休積無(wú)法擴(kuò)大，封堵中腔流體由冷態(tài)變?yōu)闊釕B(tài)時(shí)，液體可能迅速汽化，導(dǎo)致壓力急劇升高，增高的壓力常常是幾何級(jí)數(shù)。

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    圖 1 中腔異常升壓說(shuō)明

    閥門超壓工作的后果是十分嚴(yán)重的。閥門中腔異常升壓時(shí)，其承壓件及啟閉件的工作應(yīng)力（如閥桿及閘板架的使用應(yīng)力）均會(huì)急劇增加，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力會(huì)不堪重負(fù)，甚至無(wú)法啟動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)閥桿拉斷、閘板架斷裂、電機(jī)燒壞，這些現(xiàn)象在許多高壓大口徑閘閥中屢見(jiàn)不鮮，不少用戶常常抱怨這是閘板“咬死”，其實(shí)“咬死”的真實(shí)原因常常是中腔的異常升壓這一“隱形殺手”。

    典型的案例如 Z962Y 系列楔雙閘板閘閥運(yùn)用于火電廠給水系統(tǒng)及其旁路時(shí)，這類閥門一般先在冷態(tài)作水壓試驗(yàn)后關(guān)閉，當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)溫度升高到 250~300℃ 時(shí)，由于溫度急劇升高，封閉中部的冷態(tài)水溫會(huì)同步急劇升高汽化，使流體體積增大，壓力升高，此時(shí)若要開(kāi)啟閥門要么驅(qū)動(dòng)力矩足夠大，要么閥桿組件強(qiáng)度足夠高，否則常常出現(xiàn)閥桿斷裂、閘板架斷裂、閘板 T 型槽開(kāi)花、斷裂，使給水泵無(wú)法啟動(dòng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的停爐停機(jī)事故。

    2 異常升壓的危害

    異常升壓的形成在許多閘閥的應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)驚人相似地發(fā)生，因?yàn)槠浒l(fā)生的兩大要素在許多工業(yè)系統(tǒng)是相似的，即系統(tǒng)介質(zhì)在開(kāi)機(jī)后，由冷態(tài)變熱態(tài)；閘板在冷態(tài)關(guān)閉，熱態(tài)時(shí)開(kāi)啟。因而若不對(duì)系統(tǒng)采取措施，異常升壓對(duì)系統(tǒng)的破壞幾乎是無(wú)法避免的，其有 3 方面危害：

    （1）對(duì)閥門本身的破壞

    閥門殼體、閥蓋及閥桿零件的強(qiáng)度一般以閥門的公稱壓力設(shè)計(jì)其強(qiáng)度，異常升壓時(shí)，其開(kāi)啟壓力會(huì)成倍提高，導(dǎo)致相關(guān)零件的使用應(yīng)力成倍升高，當(dāng)材料實(shí)際應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力時(shí)，高應(yīng)力部位會(huì)產(chǎn)生斷裂破壞，導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)啟，閥門整機(jī)將損壞或報(bào)廢。

    （2）對(duì)系統(tǒng)安全的破壞

    顯而易見(jiàn)，殼體、閥蓋等承壓件超壓時(shí)是非常危險(xiǎn)的，一旦超壓其薄弱部位或許會(huì)先發(fā)生穿孔，引起介質(zhì)外漏；其填料及自密封圈部位往往會(huì)被高壓流體沖出，引起介質(zhì)大量外漏。當(dāng)介質(zhì)是高溫氣體、有毒氣體、有害氣體時(shí)會(huì)更加嚴(yán)重，甚至?xí)斐稍O(shè)備與人員的傷害。

    （3）對(duì)生產(chǎn)控制流程造成巨大損失

    閥門的正常啟閉是各類工業(yè)流程控制的關(guān)鍵，一旦這種控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)癱瘓須停機(jī)檢修，這將會(huì)造成巨大的直接或間接損失。

    3 防護(hù)措施

    從設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等方面入手，從根本上消除中腔異常升壓是完全有可能的，歸納常用 3 套方案供廣大用戶參考：

    （1）閥門內(nèi)部開(kāi)設(shè)泄壓孔

    解決中腔異常升壓的根本是平衡中腔壓力，開(kāi)設(shè)泄壓孔是最經(jīng)濟(jì)有效的方案，圖 2 所示分別為在上游側(cè)閘板及進(jìn)口側(cè)閥座外圓開(kāi)設(shè)了泄壓孔，當(dāng)中腔壓力升高時(shí)，中腔壓力會(huì)自動(dòng)向上游側(cè)泄放，始終保持中腔壓力與上游側(cè)壓力相等，從而避免異常升壓的發(fā)生。

    圖 2 閥門內(nèi)部開(kāi)設(shè)泄壓孔

    （2）閥門安裝外旁路泄壓

    對(duì)已出廠的閥門可采用安裝時(shí)外旁路及外設(shè)泄壓閥降低中腔壓力，如圖 3 所示。

    圖 3 閥門安裝外旁路泄壓

    采用外設(shè)帶截止閥的旁路聯(lián)通中腔與上游側(cè)，當(dāng)主閘板關(guān)閉后截止閥可關(guān)閉（視中腔溫度變化情況，過(guò)高時(shí)須開(kāi)啟）。當(dāng)開(kāi)啟主閘閥時(shí)，應(yīng)先行開(kāi)啟旁路截止閥，降低中腔壓力后再啟動(dòng)主閘閥。

    （3）閥門外部安裝專用泄壓閥

    圖 4 閥門安裝專用泄壓閥

    圖 4 所示為在閘閥中腔外設(shè)泄壓閥控制壓力范圍，設(shè)定泄壓閥的排放壓力為主閥門的額定工作壓力，當(dāng)中腔超壓時(shí)，自動(dòng)排放到設(shè)定壓力，從而維護(hù)主閘閥的安全運(yùn)行。

    圖 5 泄壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    圖 5 為泄壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（可供參考）。泄壓閥前安裝了截止閥，便于泄壓閥的調(diào)整與檢修。泄壓閥的壓力設(shè)定通常可按 1.33PN 考慮（PN 為系統(tǒng)閥門的公稱應(yīng)力）。

    除此之外，閥門調(diào)試時(shí)，尤其是電動(dòng)閥調(diào)試時(shí)，應(yīng)注意關(guān)閉行程及力矩的控制，盡可能將關(guān)閉力矩調(diào)小些，防止楔死閘板；高溫閥門應(yīng)考慮高溫狀態(tài)閥桿熱脹引起的閘板楔死，建議高溫高壓大口徑閘閥調(diào)試時(shí)，閘板到位后適當(dāng)后退閥桿，避免真正咬死事故的發(fā)生。

    4 結(jié)語(yǔ)

    異常超壓是雙閥座類閘閥的隱形殺手，嚴(yán)重威脅著設(shè)備及系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須引起重視；閘閥，尤其是高溫、高壓、大口徑閘閥設(shè)計(jì)安裝時(shí)必須考慮異常超壓的發(fā)生，并采取必要的預(yù)防措施。