超音速火焰喷涂技术在高压差控制阀中的应用

文远静 高昌保 文四名 程鹏 袁良 韩福泉

（塔里木油田公司天然气事业部，新疆 库尔勒 841000）

超音速火焰喷涂技术在高压差控制阀中的应用

文远静 高昌保 文四名 程鹏 袁良 韩福泉

（塔里木油田公司天然气事业部，新疆 库尔勒 841000）

牙哈作业区天然气处理站计量分离器液位控制阀LV2202半年来一直存在内漏问题，去年5月份对该阀拆卸检修发现阀芯气蚀严重，通过此次进一步的探讨，改变以往常规的更换阀芯、堆焊和研磨处理，制定针对性的维修方案，最终解决了阀门内漏问题。

气蚀、阀芯、堆焊、硬质合金PTA熔敷、超音速火焰喷涂

1 前言

牙哈作业区天然气处理站计量分离器液位控制阀LV2202，该阀是美国费希尔公司（简称Fisher公司）制造，压力等级：CL1500∕3600PSI CWP。定位器采用美国费希尔DVC6010-102∕HC智能阀门定位器，介质是凝析气，工作压力11MPa，工作温度50℃。气蚀现象极为严重，该阀投用10多年来，运行良好，只是近半年来工艺人员反映阀门存在泄露，并且漏量逐渐增大的趋势，经过多次故障处理情况没有明显改观。考虑到该阀当时不能长时间停用，只能在检修期间才能彻底处理。去年5月份检修时对阀门阀体部分解体，发现阀芯气蚀严重，需要经过进一步探讨，研究新的方法进行维修处理。

2 存在问题

液位控制阀LV2202凝析气介质在阀芯处节流时，流速急剧增加，静压能急剧转化为动能，压力急剧下降，当压力降低到液体的饱和蒸汽压以下而使液体发生汽化，介质流过节流孔（阀芯流通面积最小处）后，流速下降，压力恢复，当压力恢复到大于液体的饱和蒸气压时，原先空化的气体又恢复成液体状态，这时空化产生的汽泡破裂会释放巨大的能量会引起阀门噪音、震动及阀内件损坏，这就对该调节阀造成了很大的冲击和破坏，而生产厂家在选型时是综合考虑噪声和正常开度时对该阀的冲击和气蚀作用，因此，更多考虑采用较好降噪效果的迷宫式阀笼，但大家都知道，迷宫式阀笼虽然对降噪有很好的效果，但是对抗击冲刷和抑制气蚀的能力较弱，所以，在使用一段时间后，特别是在频繁开关该调节阀的过程中，会出现对该阀阀芯、阀座产生巨大破坏的严重后果。如图1。

为了改变这一现状，以前每次检修也曾对阀芯阀座进行过堆焊和研磨，但是不到三个月漏量仍然慢慢变大，说明只进行简单的堆焊和研磨是解决不了问题实质的。

经过资料分析和维修单位的充分商讨，大家一致认为检修效果不理想的原因出现在阀芯阀座维修材料上，以前堆焊和处理时用的材质不能抗击凝析气的冲刷和气蚀破坏，应该从金属材质上和处理工艺上下功夫，彻底解决这一难题。

图1 LV2202调节阀阀芯冲刷、气蚀状况

3 检修思路和方案

首先，我们分析造成该调节阀破坏的主要原因，抓主要矛盾，针对主要矛盾采取措施。该阀内介质是凝析气，不纯的凝析气略具有腐蚀性；从生产井输过来的高压凝析气，经过该阀的节流后，首先产生高流速的冲刷，随着压力的急剧降低，就会产生气蚀现象，因此，来自该流程工况对阀门的损坏原因有三种：一为介质对阀内件材料的腐蚀，二是高压差下介质对阀内件的冲刷损坏，三是常温、高压状态下的气蚀破坏。综合考虑，气蚀是最主要的破坏原因，其次才是介质对阀内件的高速冲刷，腐蚀作用很微弱，不是主要因素。因此，消除气蚀现象或抗气蚀才是保护调节阀的根本思路。

为了消除气蚀现象，就只有改变调节阀的结构，将其改造为多级降压结构，就可以大幅减少气蚀发生的程度。但是，这必须要更换阀芯，不但造价高，而且很难和现有的阀座相匹配。或者改变工艺流程，消除发生气蚀的条件，但是现有的工艺流程不允许改变，所以，消除气蚀现象这条路走不通。

这样，就只能靠增强调节阀的抗气蚀能力了。经过同国内多家维修阀芯厂家的沟通，我们最终选定吴忠一家专门制造、维修调节阀的公司开展维修阀芯。该公司目前是国内最大的调节阀生产企业之一，再加上30多年的调节阀维修经验，能够维修各种国内外调节阀、控制阀。该公司还有多种调节阀硬化工艺处理设备和专业的技术服务人员，具备多种如各类硬质合金的堆焊(＞HRC52)、PTA(＞HRC52)、超音速喷涂(＞HRC62)技术处理等。通过和他们的充分接触和了解，决定选用更加抗破坏的材质在表面堆焊硬质合金后，通过“碳氮共渗”工艺，针对阀芯、阀座气蚀位置进行机械加工修复，要求保证原外观尺寸的同时保证采用硬质合金进行补强，提高阀芯、阀座表面硬度，从而提高阀芯、阀座的抗气蚀、抗冲刷能力，延长使用寿命。具体制定如下两个检修方案：

方案一：采用硬质合金PTA熔敷在阀芯、阀座表面，熔敷厚度2.5mm以上，硬度达HRC52以上。该方案的优点是硬化层较厚，缺点是硬度不是很高，只达到HRC52以上；

方案二：采用超音速火焰喷涂技术，在阀内件表面采用检修公司从国外引进的超音速火焰喷涂技术，在阀内件(阀芯、阀座)表面喷涂WC等硬质合金，优点是硬度较高(高达HRC62以上)，且因喷涂过程中温度不高，变形小、不会改变基体金相组织；缺点是为防止喷涂层开裂，喷涂层只能在0.5—0.8mm厚；阀座采用堆焊耐气蚀硬质合金。阀内件喷涂、堆焊后进行机械加工恢复其尺寸和形位公差，满足使用要求。

一般情况下，除金属铜单质外，其它阀门常用的材料，尤其是不锈钢类的材料都可用于凝析气介质。比如Monel合金等，虽然成分里含铜，但也有成功应用于凝析气的案例；也有用碳钢做阀内件内部材质，在其外表面喷涂与之相匹配的高硬度合金，用来抵抗气蚀破坏的案例。因此，根据不同的阀内件材料，相应的硬化工艺技术也有很多。根据长期对各化工厂的维修、改造案例经验分析判断，决定采用方案二进行硬化处理，维修工期7～10个工作日，维修后预期可用约30个月。

4 方案实施

该调节阀检修时经过下线解体，检查阀内件，并精确测绘阀内件及垫片，委托检修公司按照方案二进行阀芯的机械加工、堆焊和硬化处理，研磨配对等一系列修复工作，回装打压试压合格后安装，投用后效果非常好。

图2 修复过的阀芯

5 ．结束语

调节阀的检修一直是重要的检修项目，因为它关系到装置安全、长期、平稳、满负荷的运行。而且关键调节阀又都是进口调节阀，价格昂贵，没有售后维修，购买新配件花费很大，所以，需要我们集思广益，打破旧观念、敢于创新，利用新技术新方法，找到问题关键，群策群力，编制科学、合理的检修方案，创造高水平高效益。这也符合塔里木油田公司的两新两高原则；同时也锻炼了我们员工队伍解决实际问题的能力，从中得到很大的启发，更好的为公司发展做贡献。

[1]《调节阀安装施工规范》

[2]《CCI调节阀手册》

[3]《阀门检测标准及阀门的技术要求》

[4]《调节阀施工安装规范》