1 之前介绍自力式压力调节阀在化工行业应用，现在介绍电厂热循环系统硬密封球阀改进阀门及系统功能简介
电厂第二回路热循环系统的排水管装有气动排气阀，将排水引至普通汽轮机高压收集器，并将排水放进冷凝器。该阀主要由上游排水袋液位开关控制。随着排液袋液位的增加，液位开关动作被触发。当CI报警发送到主控制室时，气动排水阀自动开启排水，液面恢复后由延时继电器设定开启时间后自动关闭。所述疏水袋设置在较低的疏水点，用于收集凝结水。由于第二回路排汽阀温度高、动作频繁，采用气动硬密封球阀。受系统温度的限制，不能使用聚四氟乙烯等非金属阀座，而采用金属阀座的硬密封形式。气门球和阀座在超音速下喷涂硬质合金，其硬度高于普通堆焊层，气门球的硬度高于阀座的硬度。这种球阀结构属于浮式两片式，进气侧阀座密封，中间法兰的预紧力提供初始填料密封力，依靠进口侧阀座底部的蝶形弹簧来保持密封力。该球阀口径从1.5～4 in不等，压力等级为CL600与管道下游的连接方式为对接焊，属气动两位开关阀，气缸为带手轮操作装置的弹簧复位式单作用活塞式气缸，如图1～图2所示。 
2 电厂热循环系统硬密封球阀改进阀后自带不锈钢管道冲蚀情况
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀典型蒸汽疏水球阀阀体结构图1.球体2.进口侧阀座3.弹簧4.阀杆5.阀体6.气动执行器7.指示器8.阀体螺栓9.填料组件蒸汽疏水球阀在安装时本身自带一段管道，以阀后管线砂眼的PV4115为例其材质为ASTM A182等级F22高温锻造铬钼不锈钢，焊接管道为ASTM A106B高温作业用碳素钢无缝钢管。本次发现泄漏的部位并非位于系统碳钢管道上，而是在阀门自带的不锈钢管段。阀后自带管段壁厚测量方式如图3所示。利用超声波测厚仪（型号26MG，仪器精度±0.1mm）对阀后不同材质管道进行逐点测厚，如表1所示。
表1 壁厚测量结果mm 根据表1测量数据发现不锈钢管段A3区域测厚数据发生了异常减薄，而焊缝后的碳钢管段未见明显管壁减薄现象。其他区域壁厚分布无明显规律性。随即对漏点区域（长度为阀门法兰至管道变径处，宽度为管道底部中心向两侧延伸各45°位置）进行扩大检查。
从表2数据可以看出，阀后直管段漏点附近数据测量值为9.0～9.3 mm之间，对其进行扩大检测，发现管道底部一整片区域数据异常，区域内部分位置超声波测厚仪无法获得反射数据，可测得数据在9.0～12.2 mm之间。
常用的硬化工艺主要有以下几种：
（1）球体表面堆焊硬质合金，硬度可达30HRC以上，球体表面堆焊硬质合金工艺复杂，生产效率低，且大面积堆焊易使零件产生变形，目前对球体表面硬化的工艺使用较少。
（2）球体表面镀硬铬，硬度可达40～55HRC，厚度0.07～0.10mm，镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮，工艺相对简单，成本较低。但硬铬镀层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度不能高于427℃。另外镀铬层结合力低，镀层易发生脱落。
（3）球体表面采用等离子氮化，表面硬度可达50～55HRC，氮化层厚度0.20～0.40mm，等离子氮化处理硬化工艺由于耐腐蚀性较差，不能在化工强腐蚀等领域使用。
（4）球体表面超音速喷涂（HVOF）工艺，硬度可达60～70HRC，集合强度高，厚度0.3～0.4mm，超音速喷涂是球体表面硬化主要工艺手段。在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体；带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体介质中大部分使用该硬化工艺。 超音速喷涂工艺是氧燃料燃烧产生高速气流加速粉末粒子撞击工件表面，形成致密表面涂层的一种工艺方法。在撞击过程中，由于粒子的速度较快（500～750m/s）且粒子温度较低（-3000℃），因此撞击工件表面后，可以获得高结合强度、低空隙率、低氧化物含量的涂层。
HVOF的特点是合金粉末粒子速度超过音速，甚至是音速的2～3倍，气流速度是音速的4倍。 HVOF是一种新的加工工艺，喷涂厚度0.3～0.4mm，涂层与工件之间是机械结合，结合强度高（77MPa），涂层孔隙率低（＜1%）。该工艺对工件加热温度低（＜93℃），工件不变形，可进行冷喷涂。喷涂时，粉末粒子速度高（1370m/s），无热影响区，工件的成分和组织无变化，涂层硬度高，可进行机加工。
（5）、喷焊是一种金属材料表面热喷涂处理工艺。它是通过热源将粉末（金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加热到熔融或达到高塑性状态后，依靠气流将其喷射，沉积到预先处理过的工件表面上，形成一层与工件表面（基材）结合牢固的涂（焊）层。 喷焊和堆焊硬化工艺中硬质合金与基体均具有熔融过程，硬质合金与基体集合处有热融区，为*达到喷焊或堆焊硬质合金层性能，避免加工后焊接热融区为金属接触面，建议喷焊或堆焊硬质合金厚度需要大于3mm以上
3 阀后延伸碳钢管道冲蚀情况
以PV4107为例，阀后自带管道材质与PV4115一致，延伸管道管线材质为ASTM 105碳钢公称外径为48.26 m m，公称壁厚为5.08 mm。 结合图4、表3可以看出，PV4107阀后碳钢管段从焊缝位置后50 mm开始大部分区域逐渐发生了减薄，薄处仅为2 mm，发生在阀后约4～6倍管径处，详见图9。 对阀后管道进行剖开目视观察，管内表面形貌具有明显的沟槽状。进一步对管内表面进行宏/微观分析，样品1处宏观可见明显的沟槽，高倍下沟槽底部呈现明显的冲刷腐蚀形貌，宏观上有条状“水线”痕迹，高倍下（200×、500×）观察可发现，此“水线”实为沿流速方向冲刷的小凹坑。其他冲蚀减薄部位形貌与样品1处基本相似，均为沿流体方向的线状冲刷凹坑。该凹坑现直接导致管道壁厚的减薄直至腐蚀穿孔。
综上所述，蒸汽疏水气动球阀阀后的管道管壁减薄情况，不仅仅出现在阀门自带不锈钢部分，其延伸的碳钢管道也会出现不同情况的管壁减薄情况。对于大口径4 in阀门，其阀后管道壁厚的减薄集中出现与底部两侧45°区域，小口径管道则呈现出整个环状管壁减薄。
4 电厂热循环系统硬密封球阀改进管壁减薄原因分析
4.1 化学成分及金相分析
采用电感耦合等离子光谱发生仪（ICP）对减薄管段化学成分进行分析，结果如表4所示。基体化学成分符合ASTM A182/A105的成分要求。 减薄管段化学成分质量分数% 碳钢管道横向金相组织（铁素体+珠光体） 从样件的化学成分可以看出，不论是阀后自带不锈钢管段还是与系统接口的碳钢管道，其化学元素含量均满足标准要求，可以排除自身材质问题。
4.2 阀后管壁减薄原因分析
4.2.1 流速对管壁减薄影响
机组正常运行时，排汽管道阀体温度在100℃以上。如果阀门没有内部泄漏，阀门后面的管道温度将与阀门前面的管道温度明显不同。阀门前面的介质是蒸汽-水两相流.本文中阀门后面的管道受到严重的冲刷和腐蚀，这本质上是由于汽水两相流体和金属表面的相对运动引起的，从而导致了金属的加速失效。一般来说，随着流量的增加，腐蚀速率增加。首先，在一定流量范围内，腐蚀速率缓慢增加，当流速达到一定临界值时，腐蚀急剧上升。在高流量条件下，不仅均匀腐蚀严重，局部腐蚀也严重。当流体速度超过“剥落速度”时，表面的剪应力大到足以撕开或剥离保护氧化膜，腐蚀过程变成了一个腐蚀过程。
4.2.2 电厂热循环系统硬密封球阀改进流速分析
以文中提及的PV4107为例，查阅给水加热和抽汽系统手册，PV4107阀前疏水袋温度约为170℃，压力约为1.2 MPa，阀后压力约0.01 MPa（表压，考虑阀后管线至凝汽器的管阻压降），查阅水-水蒸气热力性质表，阀前流体密度为897 kg/m3。在这种情况下，只要阀门略有节流降压，流体就会发生闪蒸，产生该压力下的饱和水以及饱和汽。查阅水的饱和蒸汽压表，1.2 MPa对应的饱和温度为187℃，因此阀前过冷度为17℃。根据Spirax sarco闪蒸蒸汽计算软件，求得冷凝水经过PV4107阀后，约产生13.7%（质量百分比）的蒸汽。查阅水-水蒸气热力性质表，0.01 MPa压力下，饱和液密度989 kg/m3，饱和汽密度0.068 kg/m3。由于此段管线流速未知，假设阀前流速0.1 m/s，则阀前流量为
5 结论
上述计算表明，此工况下发生闪蒸后阀后流体速度会增加1000～2000倍，如此高流速的湿蒸汽对阀后管道产生*的冲刷作用，形成所示冲刷形貌。
该阀球材料为410SS/RAM31，阀球后管段材料为A182-F22/RAM31。410SS以及A182-F22分别为马氏体不锈钢和Cr-Mo钢，RAM工艺为VTI公司火箭喷镀技术，在材料表面喷涂一层硬质合金，RAM31为在阀球和阀球后管道表面喷涂一层80%Cr2C3+20%Ni-Cr粉末，表面硬度可达66～69HRC。如此高的硬度下阀球发生破损，这表明经过阀球后流体流速非常快，冲刷作用很强，与上述计算结果一致。与本文相关的论文：自力式煤气调压阀组
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