循环流化床排污截止阀的选型分析

高江鹏，王楠楠，严 婷，谢 缨

（1.新疆宇澄热力股份有限公司，新疆克拉玛依 834000；2.新疆油田公司风城油田作业区，新疆克拉玛依 834000）

0 引言

为响应国家环保节能方针，稠油注汽循环流化床锅炉采用油田回用水为给水进行蒸汽生产辅助采油。油田回用水参照QSY 1275—2010《油田污水回用湿蒸汽发生器水质指标》，将净化软化水与清水软化水按照6∶4的掺混水，矿化度约2000 mg/L，电导率2300μs/cm。为确保锅炉安全平稳运行，防止炉水盐浓缩倍率超标而型成水垢，运行中锅炉将进行定期排污与连续排污。循环流化床锅炉排污阀一般采用截止阀，一旦阀门内漏将造成锅炉散热损失增加、热效率降低，锅炉经济效益下降。

1 案例概述

稠油注汽循环流化床锅炉蒸汽压力14.2 MPa、主蒸汽温度366℃，定排阀（即定期排污阀）为KJ61Y的T形抗冲刷截止阀。单台锅炉定排阀共18个，分别控制水冷屏、水冷壁、蒸发管束、过热器、上升管、下降管、省煤器等排污，在实际运行中频繁发生内漏。锅炉年检期间对阀门解体检查，阀瓣及密封面磨损严重无法使用，最终更换12个，损坏率高达66.66%。

2 密封面磨损原因分析

在实际运行中，因油田回用污水水质较差，每日定期排污次数需进行3次，每次30 s。将阀门解体检查，阀瓣密封面有0.2～3.0 cm划伤痕迹、锈蚀及凹坑，阀门检修中个别出现颗粒物堵塞情况，将颗粒物送检分析为氧化铁和硫酸盐（图1～图2）。综合分析后认为，定排阀门内漏的原因主要有4个：①阀门开启瞬间密封面受夹杂水滴与颗粒物的高速气流冲击，产生冲蚀；②阀门流阻大，排污水在高温高压且高速的情况下气化并冲刷密封面造成密封面严重汽蚀；③当阀门关闭时，阀瓣与阀座之间极易夹杂颗粒物，造成密封面压伤、密封不严，继而受高速介质长期冲刷，导致阀门内漏；④高含盐水中的杂质多，极易造成结垢，腐蚀阀瓣与阀座密封面。

图1 T形截止阀汽蚀损伤阀瓣

图2 T形截止阀阀座内杂物及焊接工艺造成损伤

3 T形截止阀与Y形截止阀不同点对比

3.1 内部构造不同

T形阀体结构为Z形曲折流道，阀门关闭时，因阀前为高温高压排污水，阀瓣前后出现压力差，阀门开启的力矩较大（图3）。在阀门开启过程中，因开度不同，阀瓣与阀座之间介质形成涡流，高含盐水不断冲刷阀芯并出现汽蚀与腐蚀现象，导致阀门密封快速失效产生内漏。当阀门关闭时，随阀瓣下降，阀瓣前后压差逐渐上升，流阻迅速增大，高流速介质冲刷造成密封面磨损。阀门关闭最后，介质内颗粒物将夹在阀瓣与阀座密封面之间，造成关闭不严。为防止继续内漏，运行人员将加关阀门致使密封面压伤形成凹槽，永久受损，内漏加剧。

图3 T形截止阀结构示意

Y形截止阀结构是提升杆与阀门出入口轴线倾斜45°角的Y形直流结构，且出入口轴线是与管线在同一直线上的直流流道（图4）。阀门开启或关闭时，阀体不发生直角旋转且阀芯受流体推力被推出，流体流动的方向不发生改变，未形成紊流，无法在阀体形成涡流状穴坑，阀门流阻降至最低，密封面冲刷大幅降低，从而延长密封面寿命。当阀门垂直于地面时，流体方向与密封面平行，冲刷力不直接作用于密封面并起到一定吹扫作用，避免颗粒物在密封面上停留及高速流体对主密封面的冲刷损伤，解决阀门内漏问题。

图4 Y形截止阀结构示意

3.2 密封焊接不同

现用的T形阀是以模锻毛坯密封面形式的强制密封，阀瓣材料为钴基高温合金（2Cr13+STL），阀体材料为钴基高温合金（A105+STL），密封面采用手工电弧堆焊方式，阀门堆焊处内孔直径19～75 mm、深98～221 mm，孔小距深，能见度差，堆焊困难，加工质量难以很难保证。

Y形截止阀因结构优势，减少密封面冲刷，为使密封面适应恶劣水质，延长阀门的使用寿命，阀瓣与阀座焊接工艺改为喷焊方式，将自溶性合金粉末涂层加热至1000～1300℃，使颗粒熔化，造渣上浮到涂层表面，生成的硼化物与硅化物弥散在涂层中，使颗粒间和基体表面结合良好，形成致密的金属结晶组织，并与基体形成厚约0.05～0.10 mm、强度约400 MPa的冶金结合层，且具有较好的抗冲击、耐磨、耐腐蚀性能，同时外观呈镜面，不受焊接工艺操作空间的影响，确保加工质量。

3.3 现场使用寿命效果对比

针对上述情况，在同一台锅炉的18根定排管线上安装T形截止阀和Y形截止阀各9个，同时在腐蚀性强、杂质多、含盐浓度高的油田回用水的冲刷下开关频次一样，连续运行1年后于锅炉年检期间解体检查，相关数据见表1。

表1 T形截止阀和Y形截止阀的实验数据对比

由表1可知，经一年运行，T形截止阀损坏率达到89%，且阀体主要部件受损；Y形截止阀损坏率虽有11%，但其仅为阀瓣密封面有略微压伤，不影响阀门本体使用。因此，Y形阀比T形阀有明显的抗冲刷优势。

4 结论

稠油注汽循环流化床锅炉定期排污所采用的Y形截止阀，因Z形曲折流道结构及堆焊密封面，阀门开关过程中局部流阻大幅上升、产生紊流，造成密封面受腐蚀性强、杂质多、含盐浓度高的油田回用水高速冲刷，致使密封面磨损、腐蚀且制造质量难以保证，阀门的使用寿命降低。采用Y形截止阀直流结构及喷焊密封面，流体方向与密封面平行，流阻低、避免发生紊流，大大提升了阀门的抗冲刷、抗腐蚀性能：①确保了阀门制造质量，延长阀门使用寿命；②避免阀门内漏造成锅炉热效率降低，提高率经济效益；③避免填料因水质的影响使阀杆产生结盐造成操作开关不灵活；④避免管线内堵塞造成排污不畅引起锅炉水质恶化结垢影响换热能力增加运行成本；⑤避免填料因阻力过大损伤，阀门刺漏造成安全隐患和环境污染。

因此，Y形截止阀较T形截止阀在结构及制造工艺方面进行了改进，避免了阀门以上5个问题，解决了油田回用污水给循环流化床定排解质阀门造成的难题。