创新高压技术阀门

机械式泵保护阀高压超高压技术在炼油海洋工业的应用

作者:德国施罗德公司 发布时间:2020-04-02
在炼油、海洋工业等石化领域,发明新的更高压类型的机械式自动循环阀很有必要。其拥有完全机械、无需人工操作以及无内漏等优点,用一体式设计替代传统电动调节阀系统中阀门的主路T 型管、止回阀、旁路执行机构、小流量自动调节、节流孔板、逆止阀以及无需额外执行机构和PLC 信号反馈是非常有益的。

在过去的60 多年,工业发展带来了现有物理极限的高压技术。在工业发展进程中,压力等级不断提高,典型的高压技术也在不断提升。15 年前,超过16 MPa 泵压力的阀门很少见,而今超过20 MPa 以上泵压力的阀门已经十分常见。

20 MPa 压力水平对常规的自动循环阀很关键。以液体为例的惯性压力超过20 MPa 的介质具有巨大的能量,设备在运输中有非常高的损坏风险,其中气蚀最具破坏性。在全气蚀条件下,仅仅几个小时就会严重损害相应部件,如阀芯、泵叶轮或旁路构件。避免气蚀和其他压力磨损的唯一途径是利用控制旁路全流量范围的双级式压降技术。

德国施罗德阀门拥有制造高品质自动循环阀的专业知识,作为全球技术领先的泵保护阀专业厂家,拥有70 多年累积的技术工艺。施罗德的第2 代SSV 中高压系列、第3 代SMA 以及第4 代SHP 超高压系列阀门,可以实现几乎无磨损的双级节流降压功能。最小流量控制模式可以为连续式(SSV)、开关式(SMA)、任意式(SHP)调节3 种状态,不同的压力等级,可选用不同的系列产品。旁路流量控制是完全可实现的,但这需满足客户的技术规范和经济性等因素的要求。此外,过去机械式阀门仅可应用于最小流量不超过给水泵额定流量35%的工况,而今,很多泵适用于需求更高比例的最小流量。

第2 代SSV 系列阀门使用连续调节式流量控制方式,基本上磨损较低。但由于工厂特定的运行条件和实际压力水平, 在18MPa 以上磨损显著增加。这个问题是可调节式自动循环阀(如SSV 系列)要求的双级降压可以完全解决的。阀门的运行工作范围至关重要,无论何时旁路仅部分打开,尤其在流量小于30%开启时,所提的双级降压不能有效实现无磨损,压降会集中在旁路阀头,随时间推移导致磨损加剧。因此,近年来工业高速发展对高压技术,以及随之而来的对自动循环阀技术有了更高的需求。

大约25 年前,高压泵只在泵启动和停止时,在易磨损的低流量范围内运行。正常工况下,泵在额定流量80~100%之间运行。因而, 在自动循环阀几乎超过90% 的使用寿命中,阀门旁路是关闭的,在小流量运行时集中磨损甚微。

而今天,很多高压泵主路在从零到最大流量全流量不断地在整个使用寿命期间工作,在全性能和极端部分载荷间频繁负载运行成为了常规工况。因此,在过去的十年里,施罗德曾不得不对旁路部件的使用寿命减少做出声明,并积极推进研发工作。一个现代的高压自动循环阀,必须能够在全部运行流量无磨损工作,且不受时间及工况的限制,该技术已经在现在的工业领域中得到完美应用。


压力水平越高的阀门驱动力需求更高,自动循环阀是全自动工作的,操作力来自弹簧和反方向的主路压降,因此,更高的压力自动增加在主方向上的多余压降。但这仅仅是一个小问题,高压和高驱动力也增加了经典的旁通旋转滑阀阀头开关点(即旁路开启点和关闭点)间滞后的问题。

而转动范围恰好位于在前面描述的操作范围而导致磨损加剧,较宽的转动范围也减少了泵的无磨损工作区间。所以,现代的自动循环阀的另一个需求是,实现具有低或无开关点滞后效应的完美适度驱动力。德国施罗德第4 代SHP 阀门就很好地满足了以上的挑战性要求。一些施罗德经典SSV 系列阀门的设计部件仍然被保留在第3 代、第4 代阀门设计中,例如对冲式双级节流片、圆锥、弹簧等系统。施罗德创新了旁路系统,使其能够保留特殊的导向阀技术,以在关闭过程保持零磨损。真正的创新关键是调节流量双级节流减压系统,它完全不同于传统的多级节流棒形式。对无磨损运行必不可少的一个要求是能在任何流量下,控制特殊模块式技术的双级节流降压,因此对每个单节分流级很有必要,根据运行流量调节打开一个流量区。在这个系统中,每个节流级由双级锥形环及衬套构成,总是被调整至当前流量,随着轴向移动绿色活塞到右侧,抛物线状增加了节流/ 流动区域,向左侧移动则降低。

这个节流模块式系统提供了100%流量与旁路20% 流量附近之间的双级连续降压。在低流量时,旁路关闭,基本上在低流量时双级降压实现无磨损,但施罗德有意识地超出此范围,以外防止不能完全排除的极低开口位置(即使有双级节流降压)时,也不希望磨损发生。SHP 系列双级降压可以任意自动调节,即根据流量的液力推动独特活塞自动进入准确位置,无须辅助信号或电动机械驱动。旁路流量调节仍然由旁路滑阀或导管阀进行完全控制。但与常规SSV- 或SMA 系统有一个非常重要的特征,经典的旁路阀头压降是不能自由任意调节的,但随旁路流量的降低而增加。因此,在低开位置几乎全部旁路压降(如最大250bar)作用在旁通阀头上,这是阀门相对高的制动力和相对高的开关点滞后的原因。SHP 可调节节流系统设计使旁路阀头的压降在整个主流量范围内任意调节,且从不高于4 MPa,因此完全可实现无磨损运行。一个非常低的开关点滞后和主路方向上适中的压降堪比一个常规300lb/PN40 压力等级的低压阀门,因为可以在敏感的活塞中调整压降。另一个显著变化是旁路阀头的功能,在传统设计中,旁路阀头有双重功能,它能够自动连续地调节控制流量并关闭旁路。这对高压应用有2 个负面影响,关闭旁路时,作用在旁路阀头上的全部旁路压差造成了高制动力和开关点滞后;其次,在18 MPa 以上,一旦旁路阀头损坏(如外部杂质颗粒和/ 或气蚀等),旁路即使在关闭位置,也总是出现滴漏并在一定时间内发生冲蚀。而在SHP的设计中,18 MPa 以上关闭功能通过独特的敏感结构的活塞与旁路阀头功能分离,密封面与压降完全隔离,可以避免与压力相关的磨损,远置于双级压降的前端,避免了任何气蚀损坏。因此,密封座被很好地保护,避免了任何磨损影响以及异物袭击。

在流量控制调节后部,在约20%左右旁路流量时,圆锥靠近在阀壁的小管嘴推动圆锥移动。通过先导阀模块的特殊杆连接开关切换,即活塞前部连接到阀入口,泵全部出口压力推动活塞回座, 旁路关闭,此功能与所有施罗德产品全系列相同。在切换过程开始前,主流量将已经高于泵最小流量5~10%左右,因此泵在导向构件1 导向构件2关闭后的任何情况下均被安全保护。只要主流量在泵最小流量以上,旁路始终停留在关闭位置,当主流量低于最小流量的105%左右,圆锥向下移动,先导阀切断活塞与阀入口的连接,活塞面与旁路出口连接且弹簧圆盘组件推动活塞到打开位置,旁路系统随后进入正常的调节模式。

这种模块结构形式的阀门可以在任何压力水平工作,在任何旁路流量下都没有增加磨损的风险,在阀门主路运行时,同时打开旁路不再是一个技术问题。基于施罗德阀门工作原理和成熟的自动循环阀门的典范技术,机械式自动循环阀在不同压力及流量情况下,施罗德不同系列的产品已为全球工业领域树立技术专业标准!德国施罗德阀门以独特实用的设计,在技术创新与不断的研发始终处于行业前端,以满足用户对极端工况运用的需求,并以取得全球广大各行业用户的业绩感到无比自豪。施罗德公司坚信,不断追求更强的创新发明,就是为了满足用户对高端实用产品完美无瑕的追求。在中国市场,“用得住”就是硬道理。

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