高性能蒸汽安全阀流道结构及开高对排量的影响

高性能蒸汽安全阀流道结构及开高对排量的影响

傅红波 ,傅红兵 ,俞平平 ,罗国炎,张玲军

浙江富羽阀门制造有限公司浙江宇琪新能源有限公司浙江埃弗斯阀门检测有限公司

摘要：到目前为止,许多研究人员和科学家通过各种数值模拟方法来研究安全阀内部的流场特性,对提高安全阀的性能有很大的参考价值。在全开式安全阀的理论计算中,声速表面(Ma=1)应位于安全阀的喉部位置,但通过模拟发现声速表面处于遮阳板位置。基于此，对高性能蒸汽安全阀流道结构及开高对排量的影响进行研究，以供参考。

关键词：高性能蒸汽安全阀;数值仿真;流道结构

引言

蒸汽安全阀位于蒸汽发生器和主蒸汽分离阀之间,用于临时或事故条件下主蒸汽管道和蒸汽发生器的过压保护,以防止蒸汽发生器管道的设计压力超过设计限值,确保第二回路压力限值的完整性。

1概述

安全阀是锅炉、压力容器、压力管道等装载设备不可缺少的安全装置,防止系统压力超过允许的极限,保证系统的安全运行。双环蒸汽安全阀适用于高温、高压蒸汽操作,主要应用于供暖、核电等重要场所,市场需求量大,对这类安全阀的研究还很少,因此有必要进行基础研究。为了保证安全阀满足过压保护功能,它必须有足够的排放能力,而开口高度是影响安全阀排放能力的主要因素之一。

2安全阀常见问题

2.1损失

安全阀的损失与密封表面的机械损伤、安装时阀芯和座椅的倾斜、密封表面因环境温度变化而变形、工作介质密封表面污染等有关。通常有以下三个原因导致阀门损坏:(1)阀门或阀门密封面损坏。腐蚀或安装腐蚀性介质焊盘,腐蚀残留物和管道或设备中的其他污染物可能会在安全阀通过时擦除密封表面的痕迹。(2)安装不当。由于安装不当,密封面上的脏腔导致阀门故障和安全阀的入口和出口安装不当,由此产生的负载不均匀导致阀门的同轴泄漏变形。(3)高温。安全阀的活动部件易受热膨胀,材料不同,膨胀系数不同,空间运动发生变化,表面密封特性受损,造成泄漏。

2.2密封表面损坏、磨损和修理

在星形的情况下,D547不锈钢点焊修复后,D547Mo,抛光。如果密封表面的固体合金层有裂纹或连续缺陷,专业厂家委托固体合金层进行加热,预热焊接不小于3mm,经过仔细检查和调试研究。在初始阶段,它仍然是可能的,但一些安全阀已经使用了大约一年,并且在密封表面出现了蒸汽泄漏,需要维护。之所以进行分析,主要是因为大多数进口阀门采用柔性(柔性)阀门结构,即:阀芯设计和阀门尺寸及材料选择严格,热膨胀系数对应,工作状态不能相对流动,这种具有弹性密封表面的密封结构适用于阀门和阀门,在那里可能发生热变形。当高温介质分散时,蒸汽冷却密封面,造成密封面温度梯度变形,造成密封面变形,冷却过程的程度取决于介质的类型和初始参数,对于饱和蒸汽,操作压力可降低至230°C,造成密封面变形和侵蚀。这使得阀门难以恢复到原来的设计要求,特别是原来的设计数据分散或输出机不提供,很难恢复到初始状态。

3如何减少缺陷的产生

3.1调节环设计

采用上下双调节环结构,上调环用于调节全开压力,即放空压力,下调环用于调节倒台压力,可精确调节倒台压力和放空压力,利用蒸汽流引起的反作用和应力,保证阀门在3%的过压范围内达到满容量。同时,它还可以充分利用安全阀的输入对来保证回压,并且可以调节以满足开关压力差的要求。超低压特性和压力开关差异小,可以有效保护系统安全,避免过量蒸汽的释放,最终降低系统能量损失。

3.2减小主蒸汽管道的振动

管的振动机构,主蒸汽冷却器总是有较高的振动和噪音。公司管理层还分析了主蒸汽管的振动,并确定了以下引起振动和噪声的因素:主蒸汽管阀具有收缩特性,使蒸汽在出口处产生涡流,在出口处产生一组不规则涡流。漩涡菌株不断出现,发展和消失,是振动和噪音的主要原因。减少主蒸汽管的振动。通过厂家和设计机构对主蒸汽分离阀的现场振动和噪声的详细测量,最终确定主蒸汽分离阀膨胀的原因,可以从根本上解决振动的来源。

4阀座流道结构变化及影响

在高阶精度模拟后,在阀门喉部的流动位置产生强烈的冲击波,导致表面层进一步分裂以形成低速区。由于表层发生的流量分离现象阻碍了阀门内部的空气流动,导致阀门性能下降,因此阀座出口处的流量结构得到优化。结构优化前后的流量结果比较表明,优化后气流分离明显减少,阀门循环面积也有所增加。与预测优化相比,排放量增加了13%。

5边界条件

为墙壁建立的边界条件必须与计算的数值模型和河流的实际物理特性相匹配。在安全阀内流动的情况下,由于靠近墙壁的流动区域的流动粘度,K-ε模型尚未完全发育。对于靠近墙体表面的流量,该阶段主要采用墙体表面的功能方法来处理靠近墙体表面的区域。墙函数的想法是使用k-ε模型来解决墙区域内的流动,而不是在墙区域内,使用半实验公式将墙上的物理量与墙的紊流区域的解决方案联系起来。Fluent计算软件提供三种墙功能:标准墙功能、非平衡墙功能和高级墙功能。标准壁函数可以为大多数高雷诺数的边界流提供相当准确的预测,并且在工程设计中被广泛使用,因此在仿真计算中结合安全阀的实际流量使用标准壁函数。

6安全阀校验的误差分析

在常温下验证的安全阀开启压力值在实际操作过程中存在重大误差。这是因为每个运动部件都会经历不同材料和膨胀系数的热膨胀，从而改变运动间隙。即使在高温和常温条件下，弹簧在高温状态和常温状态受力特性也有变化，通常会变软。因此，必须在操作过程中进行纠正。严格来说，每个安全阀的几何尺寸和材料处理不会完全相同。只有在进行了大量的常温和高温测试后，才能提出该模型和工厂规范的经验参考修正数据。因此，安全阀的常温空气校准只能预先检查开启压力，尤其是高温高压安全阀的实际操作，需要进行校正。

7散热结构设计

安全阀的设计得到了改进,以确保良好的热量输出,并防止高温蒸汽对弹簧的负面影响。为了模拟整个安全阀的温度场,我们得到了温度场的分布。仿真结果表明,改进后的结构具有良好的热输出,在500°C的环境温度下,弹簧温度低于75°C,而实际安全阀处于正常状态,弹簧和内部温度处于低状态。

8缺陷造成的危害

这导致跳出安全阀的重要性。安全阀的额定压力长度意味着其额定压力超过允许范围。安全阀部件磨损后发生故障,阀座上的弹簧强度发生变化,影响安全阀的排出压力,造成漂移。不能实现安全阀的安全功能。元器件的磨损会阻止安全阀正常启动和返回,影响安全阀固有的安全功能。特别是铜阀和铜套磨损后,这大大增加了它们之间的摩擦。当主蒸汽系统过压需要安全阀动作时,在阀门和铜护套的影响下,引导阀和铜环不能及时跳出安全阀,影响系统的安全运行。

结束语

安全阀使用在高温高压蒸汽的工作环境,进口产品的使用时间为10~30A,使用安全阀时,核心表面密封损失和网压不稳定等问题,开启和关闭后发现阀芯的金属层磨损,难以焊接。如果在入口处更换阀座,成本通常超过新阀门成本的30%。技术管理部门通过广泛的研究来解决这个问题,与国内相关制造商交流技术,并找到恢复和本地化的方法。

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