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制冷系統閥門常見問題與改進措施

發布日期:2015-10-09 17:04:00 瀏覽次數:

摘 要   制冷系統中,閥門起著至關重要的作用。通過對制冷閥門常見故障的調查分析,借鑒國內外知名品牌與高壓閥門的設計思路,東冷閥門在材料、工藝、密封、閥瓣連接與固定、承壓能力等方面進行了技術革新。使產品在密封性能、耐磨性能、壓力等級、可靠性等方面均得到了較大幅度的提高,為制冷系統的安全高效運行,提供了可靠保障。

關鍵詞:鑄鋼閥 焊接閥 鍛鋼閥 氣孔 應力 密封
0 引言
  制冷系統中閥門起著至關重要的作用,閥門啟閉的靈活性、可靠性,直接影響著制冷系統的技術性能,而閥門的防泄漏性能,則影響著制冷系統的經濟性與安全性。
根據濟南某制冷設備公司的數據,2014年該公司的客戶中有6家發生了閥門泄露,僅補充氟利昂的直接費用就超過了30萬元,而由于氟利昂泄漏造成的商品損害及停產損失則更大。
1980s年代寧波地區制冷系統十余次較大的事故中,有四起是因閥門閥芯卡死、關閉不嚴、閥蓋斷裂、法蘭斷裂引發的爆炸【1】。
  2004年6月,湖北某化工廠因加氨閥門壓蓋破裂,填料滴漏液氨,造成大量液氨噴泄【2】。這些漏氨、爆炸事故,給制冷系統人員、設備安全造成了重大影響。
國家質量監督檢疫檢驗總局2014年第四季度抽查了75家企業的78批次閥門產品,共有14批次不合格【3】。為保障制冷系統的可靠性與安全性,許多制冷系統選用了進口閥門,但昂貴的價格給企業帶來了沉重的負擔。相對于制冷壓縮機等核心部件與自動控制閥門等精密控制部件,一般的手動閥門并無太高的技術門檻,只要進行技術改進并加強生產管理,國產閥門完全可以滿足制冷系統的要求。
1.閥門常見問題與改進措施

1.1鑄鋼閥閥體砂眼、氣孔
  鑄鋼閥是制冷系統中主要采用的閥門之一。鑄造閥的主要問題是砂眼與氣孔。盡管現代鑄造技術可以將爐料中的氣體在融化之前利用真空泵抽出,熔煉過程中也可維持高真空度,但由于鑄件凝固區間較窄,型導熱能力強,使得凝固速度很快。充填過程中卷入的氣體將無法及時從排氣孔或澆口內排出,最終在鑄件內形成氣孔。
  2014年,長慶油田技術檢測中心共檢驗各類閥門170284只,其中外觀檢測不合格2817只,主要有砂眼、氣孔、裂紋、機械損傷、縮孔等【4】。
  鑄改鍛是閥門行業的發展趨勢【5】。東冷鍛鋼閥,是利用3000t鍛壓機,通過鍛造消除金屬的鑄態疏松、焊合孔洞,其機械性能遠遠優于同樣材料的鑄件。并消除鑄件存在的砂眼、氣孔、縮孔等隱患。
  東冷鍛鋼閥已獲國家專利,專利號:zl2014 3 0386552.1
                                Zl2014 3 0386550.2
                                Zl2014 3 0386548.5    。
1.2焊接閥殘存應力
  與鑄造閥門相比,焊接閥門剛性差,承壓后的彈性變形影響密封性能,耐磨性較差。此外,焊接過程中正火處理不當,會存在殘余焊接應力,將影響到閥門工作的性能。
東冷鍛鋼閥,通過鍛造金屬材料性能提高,剛性、耐磨性好,不存在殘余應力。
1.3閥桿泄漏
  閥桿泄漏是制冷系統中最常見的問題,由于反復開關,閥桿與填料之間產生摩擦,填料磨損引起泄漏。減少閥桿泄漏除選擇密封性能優良、耐磨性能良好的填料之外,填料的加工精度、裝配壓緊度等也是閥門設計的關鍵。東冷閥門采用柔性四氟石墨填充料,密封性能好,自潤滑、耐磨損。
1.4閥瓣脫落
  傳統的制冷閥門,閥瓣利用銷釘與閥桿底部環形凹槽連接,長時間使用,銷釘會由于磨損、松動,導致閥瓣脫落。東冷閥門閥瓣與閥桿之間采用軸承連接,提高了連接強度,減少了摩擦阻力,可有效防止閥瓣與閥桿脫落,延長了閥桿與閥瓣的使用壽命。
1.5閥瓣密封圈脫落
  目前制冷閥門閥瓣一般采用聚四氟乙烯密封,聚四氟乙烯密封圈鑲嵌在閥瓣底部的環形凹槽中,長時間應用后,密封圈會出現脫落。東冷閥門在閥瓣密封圈下部增設了螺紋擋圈,確保密封圈不會脫落。
  東冷閥門的閥瓣連接技術已獲國家專利,專利號:zl200720022713.3。                              
1.6閥桿結冰
  制冷系統中在低于0℃工況下工作的閥門,閥桿處結冰是不可避免的。對于始終處于低溫工作的閥門,閥桿結冰也無大礙,但對于熱氣融霜管路上的閥門。在正常制冷時,閥桿結冰,熱氣融霜時,冰融化。這時,若閥門處于關閉狀態,閥桿處會有水分滲入。當閥門再次低溫工作時,閥桿與填料之間就會結冰。填料結冰時,開關閥門會造成填料的破壞,這是制冷系統閥門閥桿泄漏的主要原因。現在市場供應的閥門,大多是按照國標《氨用截止閥和升降式止回閥》GB/T26478—2011生產的,其設計工作溫度不低于-30℃,且閥桿外露,屬于保溫的薄弱環節。東冷閥門采用長頸閥蓋結構,可增加閥門的保溫厚度,使閥桿填料遠離閥體中介質,處于相對較高的溫度區,減少結冰及由此引起的填料破壞,減少泄漏。
1.7分配站閥組應力破壞
  制冷工程安裝中最困難、最易出現泄漏的部位是分配站。由于閥件多、間距小,焊接變形無法避免。對于鑄造閥,因其是法蘭閥,分配站制作時,必須先焊接、后組裝。由于分配站集管在焊接時產生的熱變形,使得按統一長度下料焊接組裝的各分支閥件長度無法滿足集管變形后的長度要求。組裝時,只有依靠法蘭螺栓進行緊固,結果分配站法蘭、焊口拉裂的事故時有發生。而分配站處閥件密集,一旦出現泄漏,維修非常困難。流體管件焊接閥門由于尺寸較大,有時無法滿足分配站焊接要求。
     東冷鍛鋼閥門為焊接閥門,閥體尺寸小,焊接連接,可通過改進分配站各分支閥件的焊接順序、有效緩解因集管焊接變形帶來的影響。
1.8-30℃以下蒸發溫度制冷閥門難覓
  食品冷凍冷藏行業是制冷技術最主要的應用區域。食品的腐敗變質主要是由微生物的生命活動和食品中的酶所進行的生物化學反應造成的。微生物的繁殖以及酶的作用需要有適當的溫度條件,冷凍冷藏的原理就是在低溫條件下,微生物喪失活力、酶的作用受到抑制。為了延長貨架期,提高儲藏品質,食品冷藏溫度有越來越低的趨勢。我國早期的低溫庫溫度一般為-18℃,對應的制冷系統蒸發溫度為-28℃。因而國標《氨用截止閥和升降式止回閥》GB/T26478—2011規定, 球墨鑄鐵類閥門與流體管件焊接類閥門的使用溫度均不低于-30℃。但現在很多冷藏企業的低溫儲藏溫度達到了-25℃ ~-35℃,其制冷系統對應的蒸發溫度達到-35~-45℃,而速凍機的蒸發溫度往往達到-45℃~55℃。在這樣的溫度下,按現行國標生產的閥門顯然無法滿足要求。東冷閥門采用鍛造技術,其材質與工藝均能滿足現有制冷系統的要求。
1.9鑄鋼閥存在縮孔流動阻力大
  液態合金屬從澆注溫度至凝固冷卻到室溫的過程中體積和尺寸都會存在不同程度的減少的現象,鑄件會產生許多缺陷:縮孔,裂紋,變形殘余應力等。由于縮孔,閥門的流動阻力大,增加了制冷系統的能耗。東冷鍛鋼閥門不存在縮孔,在設計上,又提高了閥瓣的開啟高度,增加了閥體的流通截面,使得制冷劑的流動阻力更小,更節能。
1.10二氧化碳制冷系統無專用閥門
  由于CFCS對大氣臭氧層和大氣變暖的影響,保護環境、實現CFCS替代成為全世界共同關注的問題。作為環鏡友好型的自然工質,CO2重新受到重視,國內外都已建成大量成功案例。但與傳統的制冷系統相比,二氧化碳制冷系統的工作壓力較高, 其亞臨界循環壓力達在4MPa左右。按照國標《氨用截止閥和升降式止回閥》GB/T26478—2011的規定, 球墨鑄鐵類閥門與流體管件焊接類閥門的工程壓力為PN25。原有的氨、氟用制冷閥門無法滿足二氧化碳制冷系統的要求。東冷牌制冷閥門已獲得山東省技術監督局頒發的B1、B2級生產許可證,可生產PN25、PN40、PN63 三個級別的閥門生產許可證,可以滿足二氧化碳及其他制冷系統的需要。元件組合、過濾器獲得山東省技術監督局B級生產許可證。
1.11雙閥頭安全閥
  隨著安全意識的逐步提高,安全法規也越來越嚴厲。歐美等發達國家制冷系統均采用雙閥頭安全閥門,預計我國不久的將來也會強制實行。山東省青州市東方制冷設備廠在國內率先研發生產了雙閥頭安全閥,獲得國家技術監督局頒發的A2級生產許可證,可生產PN63壓力等級的安全閥。保證了制冷系統更安全、更放心。
 
2.結束語
  制冷系統中,閥門起著至關重要的作用。經過二十六年的不懈努力,通過對制冷閥門常見故障的調查分析,借鑒國內外知名品牌與高壓閥門的設計思路,東冷閥門在材料、工藝、密封、閥瓣連接與固定、承壓能力等方面進行了技術革新。使產品在密封性能、耐磨性能、壓力等級、可靠性等方面均得到了較大幅度的提高,為制冷系統的安全高效運行,提供了可靠保障。
                                 
參考文獻:
【1】孔繁誠,四起由氨閥引起的重大事故與技術分析.《冷藏技術》 1990年第4期.22-23
【2】孫文件,一起氨泄漏事故分析。《勞動保護》 2005年第2期
【3】國家質量監督檢疫檢驗總局.2014年第四季度閥門產品質量國家監督抽查結果. 《機械工業標準化與質量》 2015年第3期.51-52.
【4】陳飛、曹海平,閥門外觀常見缺陷與評定。工業技術監督。2015(8).11.
【5】喻興娟 陳文勛等.閥門行業現狀及鑄改鍛發展趨勢的分析.
鍛造與沖壓.2015(13).47-49.
【6】張富淵、黃永深.閥門的常見故障及維修策略探析.《科技創新與應用》 2015(23).142
【7】呂延彬 郭睿.超低溫閥門的結構優化設計. 《科技創新與應用》 2015年(10).55-56.
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【9】劉興玉 胡靖元 等.閥門填料函計算方法淺析. 《機械研究與應用》 2014年(5).160-161.
 【10】梁強.低溫閥門閥蓋頸部溫度場分析與結構設計. 《中國科技博覽》 2014年(30).389.

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