殼牌煤氣化裝置鎖斗閥常見故障分析及解決方法

　　殼牌SCGP(殼牌CoalGasificationProcess)干煤粉加壓氣化潔凈技術(shù)，是荷蘭殼牌公司于1972年著手開發(fā)，1993年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一種先進(jìn)煤氣化技術(shù)，該技術(shù)具有煤種適應(yīng)范圍廣，煤氣化效率高，運(yùn)行周期長(zhǎng)，單爐生產(chǎn)能力大，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)已有二十多家企業(yè)采用該技術(shù)，分別生產(chǎn)氫氣、合成氨和甲醇等。

　　鎖斗閥是殼牌煤氣化裝置中關(guān)鍵的儀表控制閥，采用雙閥串聯(lián)控制。鎖斗閥主要有用于U1200單元輸送煤粉的煤鎖斗閥，用于U1400單元排渣的渣鎖斗閥，用于U1500單元輸灰的灰鎖斗閥，見圖1。在殼牌煤氣化裝置中若鎖斗閥出現(xiàn)故障，煤粉輸不到氣化爐中，或氣化爐的渣和S1501、S1511分離出的灰不能及時(shí)排出，就會(huì)造成裝置不能正常運(yùn)行，甚至裝置停車。所以，鎖斗閥的正常開關(guān)是裝置平安、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。

圖1 鎖斗閥分布

1、鎖斗閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

　　在國(guó)內(nèi)眾多采用殼牌煤氣化技術(shù)的企業(yè)中，由于在建設(shè)初期，國(guó)內(nèi)沒有殼牌認(rèn)證指定的鎖斗閥供貨商，所以，鎖斗閥全部是采用進(jìn)口的閥門。國(guó)外經(jīng)過殼牌認(rèn)證指定的供貨商也只有兩家，為EagleBurgmann和Argus/Fiowserve(簡(jiǎn)稱EB和Argus)，國(guó)內(nèi)所有殼牌煤氣化裝置中的鎖斗閥都是這兩家的產(chǎn)品。

　　鎖斗閥的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一種開關(guān)球閥，有固定球球閥和浮動(dòng)球球閥兩種，固定球閥為EB生產(chǎn)，浮動(dòng)球閥為Argus生產(chǎn)，見圖2圖3，其區(qū)別在于固定球閥閥球下有支撐軸，而浮動(dòng)球閥沒有。按密封形式分有軟密封和金屬密封(硬密封)，鎖斗閥采用的是金屬密封球閥。由于考慮固體物料的沖刷、磨損問題，閥球閥座表面都采取超音速噴涂了硬質(zhì)合金材料，作了硬化處理。鎖斗閥的泄漏等級(jí)為ClassⅥ級(jí)，鎖斗閥的關(guān)閉壓差為0.3～0.4MPa。鎖斗閥的材質(zhì)見表1。

表1 鎖斗閥材質(zhì)

圖2 固定球鎖斗閥

圖3 浮動(dòng)球鎖斗閥

　　云南天安化工有限公司選用的鎖斗閥為Ar-gus的產(chǎn)品，主要是浮動(dòng)球閥，有以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

　　a.采用全通徑、防火和防靜電設(shè)計(jì)。通道圓整平滑，流道通暢，盡可能保證介質(zhì)不積沉，同時(shí)進(jìn)口通道表面增加保護(hù)層，耐沖刷。

　　b.閥桿采用防塵、防脫出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保閥桿只承受閥門啟閉扭矩，閥門采用了浮動(dòng)球設(shè)計(jì)，介質(zhì)的推力由支承座承擔(dān)，使閥桿的受力情況大大改善，確保閥桿能夠長(zhǎng)期可靠地工作。

　　c.采用雙閥座雙向密封設(shè)計(jì)，進(jìn)口端閥座出口端閥門可同時(shí)密封，確保了閥門的密封性能。前端閥座采用閥前密封形式，后端閥座采用閥后密封形式，即使前端閥座密封失效，后端閥座仍能有效保持密封，也盡可能地減小了高壓力流體對(duì)密封表面形成的高密封比壓，降低了閥門的操作扭矩。

　　d.閥座密封面兩側(cè)采用刮刀式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使球體及閥座在開關(guān)過程具有自清潔功能，有效防止球體和閥座間煤粉的積沉和粘附，確保閥門動(dòng)作順暢連續(xù)，不卡阻。

　　f.具有中腔自動(dòng)卸壓功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)閥門關(guān)閉后，閥腔內(nèi)壓力高于關(guān)閉壓力時(shí)，能自動(dòng)卸壓至壓力低的一側(cè)，防止了中腔的異常升壓，保證了閥門正常啟閉。

2、鎖斗閥出現(xiàn)的常見故障、原因及解決方法

2.1、雙閥開啟困難的故障

　　故障現(xiàn)象：在裝置調(diào)試開車初期，常常出現(xiàn)雙閥控制的鎖斗閥開啟困難，不能正常動(dòng)作，影響了開車的順利進(jìn)行。

　　原因分析：裝置中采用雙閥控制的目的在于確保閥門關(guān)得更嚴(yán)起到有效隔離的作用。出于設(shè)備安全的考慮，設(shè)計(jì)雙閥的開啟條件是閥前后壓差≤0.35MPa，閥門廠家按此設(shè)計(jì)關(guān)閉壓差選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)。雙閥的連接安裝，閥與閥之間存在一定的空腔，在雙閥關(guān)閉后空腔內(nèi)會(huì)憋壓，當(dāng)空腔內(nèi)的壓力與兩設(shè)備V1204、V1205內(nèi)壓力的壓差大于0.35MPa時(shí)閥門就出現(xiàn)不能正常開關(guān)。解決方法：利用閥體上原有的吹掃口，在上閥閥體上的吹掃口上配一根1/2″管子連接到V1205設(shè)備上，把閥空腔內(nèi)的壓力與V1205壓力平衡掉，閥門就能正常開關(guān)動(dòng)作，見圖4。

圖4 改進(jìn)的配管圖

2.2、閥桿抱死故障

　　故障現(xiàn)象：在裝置正常生產(chǎn)過程中，鎖斗閥運(yùn)行一定的周期后，閥門會(huì)出現(xiàn)打不開或關(guān)不了的現(xiàn)象，檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)一切均正常，但閥門就是開關(guān)不了，特別是U1500單元的輸灰鎖斗閥最容易出現(xiàn)這一現(xiàn)象，U1200單元的鎖斗閥要少一些，U1400單元的排渣鎖斗閥少見。

　　原因分析：從閥桿的密封結(jié)構(gòu)上來分析，見圖5。閥桿的密封有上下密封，上下密封之間閥桿與軸套有一間隙腔，上密封為防介質(zhì)外泄，下密封為防塵環(huán)，防止灰塵進(jìn)入間隙腔。閥桿抱死的原因是下密封防塵環(huán)不能擔(dān)住極細(xì)微的灰或煤粉，灰或煤粉進(jìn)入了閥桿與軸套的間隙腔，一定的運(yùn)行周期后，灰或煤粉受潮硬化抱死閥桿，導(dǎo)致閥門不能正常開關(guān)。U1500單元常出現(xiàn)的原因是，合成氣中分離出的灰類似于低標(biāo)號(hào)的水泥，受潮后更容易硬化抱死閥桿。

圖5 閥桿結(jié)構(gòu)圖

　　解決方法：在軸套中部開一個(gè)3～4mm的通孔，在外表面開一個(gè)1/4NPT的沉孔，通入氮?dú)�，使軸套間隙腔內(nèi)壓力大于閥體內(nèi)壓力，氮?dú)庀蜷y體內(nèi)流動(dòng)，防止灰或煤粉進(jìn)入軸套內(nèi)，解決了閥桿抱死的問題。見圖6。

圖6 改進(jìn)后閥桿

2.3、閥體沖刷、磨損的故障

　　故障現(xiàn)象：在鎖斗閥運(yùn)行過程中，發(fā)生最嚴(yán)重的故障為閥體沖刷磨損，介質(zhì)外泄。這一故障主要發(fā)生在U1200單元的煤粉鎖斗閥中，嚴(yán)重威脅裝置的正常運(yùn)行，見圖7。

圖7 閥體沖刷磨損示例

　　原因分析：一是閥門在高壓狀態(tài)下開關(guān)的過程中，煤粉進(jìn)入了閥腔內(nèi)和附著在閥球表面，增大了閥球旋轉(zhuǎn)的摩擦力;二是煤粉進(jìn)入了軸套內(nèi)，也會(huì)增大閥桿旋轉(zhuǎn)的摩擦力。這兩個(gè)原因?qū)е職飧椎耐屏Σ粔�，造成閥門開關(guān)不到位，煤粉進(jìn)入閥腔形成高速煤粉紊流態(tài)，沖刷磨損閥體。解決方法：隨時(shí)檢查閥的開關(guān)動(dòng)作情況，發(fā)現(xiàn)閥門開關(guān)變慢或不到位，就要及時(shí)更換閥門。

　　同時(shí)，采取了加大氣缸推力的措施，對(duì)于原有的閥門，提高氣缸的氣源壓力以加大氣缸推力;對(duì)于新采購的閥門，提高關(guān)閉壓差和氣缸放大倍數(shù)以加大氣缸推力(關(guān)閉壓差從0.35MPa提到0.6MPa，放大倍數(shù)從1.25提到1.75倍)。

2.4、閥球、閥座密封面損壞故障

　　故障現(xiàn)象：閥門在運(yùn)行一段時(shí)間后，產(chǎn)生了內(nèi)漏現(xiàn)象，拆檢閥門發(fā)現(xiàn)密封面嚴(yán)重?fù)p壞，見圖8。

　　原因分析：閥球與閥座在開關(guān)過程中，煤粉顆粒會(huì)卡塞在閥球與閥座的密封面間，形成泄漏通道，導(dǎo)致密封面失效，泄漏進(jìn)一步發(fā)展，在閥球上部的低壓帶形成高速煤粉紊流態(tài)沖刷磨損密封面。

圖8 閥球沖刷示例

　　解決方法：隨時(shí)檢查閥門是否有內(nèi)漏形成(有內(nèi)漏的話，明顯有介質(zhì)的流動(dòng)聲音)，如果有的話，及時(shí)更換閥門。另外，要新安裝在線運(yùn)行的閥門前，一定要做泄漏試驗(yàn)，如有泄漏，一定不能用于在線運(yùn)行。

3、國(guó)產(chǎn)鎖斗閥的應(yīng)用

　　隨著殼牌煤氣化技術(shù)的引進(jìn)，國(guó)內(nèi)有多家閥門廠家研發(fā)生產(chǎn)了適合殼牌煤氣化裝置使用的鎖斗閥，并且在國(guó)內(nèi)多個(gè)殼牌煤氣化裝置的企業(yè)中應(yīng)用，從使用的效果來看都還不錯(cuò)。云南天安化工有限公司于2009年8月開始試用上海開維喜生產(chǎn)的鎖斗閥，有幾個(gè)閥門投用到現(xiàn)在已有兩年多了，還未出現(xiàn)問題，開關(guān)動(dòng)作靈活正常，從運(yùn)行周期上來看還要比進(jìn)口閥長(zhǎng)，說明性能還要優(yōu)于進(jìn)口閥。國(guó)產(chǎn)鎖斗閥的應(yīng)用成功，大大降低了企業(yè)的維護(hù)費(fèi)用，因?yàn)閲?guó)產(chǎn)鎖斗閥價(jià)格要比進(jìn)口閥便宜很多，僅為進(jìn)口閥價(jià)格1/3多一點(diǎn)。國(guó)產(chǎn)鎖斗閥的結(jié)構(gòu)是固定球閥，制造商是上海開維喜和上海宏盛，目前這兩家企業(yè)已經(jīng)獲得了殼牌的認(rèn)證，成為了合格的供貨商，大大加快了國(guó)產(chǎn)鎖斗閥廣泛應(yīng)用的進(jìn)程。

4、結(jié)束語

　　在實(shí)際運(yùn)用過程中，鎖斗閥會(huì)出現(xiàn)比較多的問題，解決這些問題，是保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在生產(chǎn)過程中結(jié)合工藝條件進(jìn)行分析，認(rèn)真了解和掌握鎖斗閥結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。掌握鎖斗閥常見的故障診斷和解決方法;合理采購鎖斗閥的備件;定期對(duì)閥腔內(nèi)部進(jìn)行吹掃;在日常巡檢中關(guān)注真實(shí)閥位和開關(guān)速度。