shell煤氣化裝置鎖灰閥的應(yīng)用及氣缸改進

　　簡述shell煤氣化裝置開車運行中鎖灰閥出現(xiàn)關(guān)不到位、閥塞、和閥座卡死等問題，介紹該閥的主要技術(shù)規(guī)格和故障分析以及對氣缸控制氣路改進，設(shè)備運行穩(wěn)定，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

　　貴州天福化工有限責(zé)任公司(以下簡稱天福公司)是貴州首家煤化工企業(yè)，主要生產(chǎn)300kt/a合成氨、200kt/a甲醇和150kt/a二甲醚，氣化裝置采用shell工藝，15單元鎖灰控制閥(介質(zhì)為飛灰+氮氣)自2010年開工以來，因該閥頻繁出現(xiàn)關(guān)不到位、閥卡、閥座卡死等問題，無法及時將灰從中間飛灰貯罐送到吹灰器，造成多次降負荷生產(chǎn)，甚至裝置被迫停車，嚴重影響了裝置的正常運行。

1、15單元鎖灰控制閥的主要技術(shù)規(guī)格

　　該閥門選用美國Kinder公司生產(chǎn)的KBLV-2T-F8型金屬密封開關(guān)球閥(三段式固定球結(jié)構(gòu))。閥門操作/設(shè)計壓力：0.8/10MPaG；操作/最高設(shè)計溫度：250℃～300℃;連接形式：8"ANSIClass150、RF;泄漏等級：雙向ANSICLASSV，防火、防靜電設(shè)計。閥體材質(zhì)為A216WCB;閥球、閥座材質(zhì)為316SS+TC，采用超音速噴涂技術(shù)，涂層厚度不低于200μm，表面硬度最高達72HRC，具有良好的結(jié)合力，確保永不脫落和極好的耐磨性，同時具有良好的耐腐蝕性;閥桿材質(zhì)為316SS+HCr，表面作鍍硬鉻硬化處理，加強性設(shè)計，閥桿直徑加粗約10%;閥座彈簧(多個螺旋形式)材質(zhì)為InconelX750，確保溫度變化產(chǎn)生大溫差不會出現(xiàn)報死現(xiàn)象;填料/填料環(huán)：石墨，滿足高溫工況的要求。執(zhí)行機構(gòu)選用Ro-tex(DRC400E-6)產(chǎn)品，氣動執(zhí)行機構(gòu)均滿足0.5MPa的供氣壓力，安全系數(shù)為1.3倍。執(zhí)行機構(gòu)為活塞式單作用彈簧復(fù)位執(zhí)行機構(gòu)。該閥門執(zhí)行機構(gòu)扭矩數(shù)據(jù)如下表1。

表1 閥門扭矩數(shù)據(jù)

2、故障現(xiàn)象原因分析

　　經(jīng)判斷，認為導(dǎo)致15單元鎖灰控制閥的閥門不能正常開關(guān)的原因有大致以下幾點：(1)氣源推動力低達不到額定值;(2)信號故障;(3)閥體和執(zhí)行機構(gòu)機械故障;(4)扭矩力不夠;(5)執(zhí)行機構(gòu)的彈簧力不夠;(6)工藝操作條件(閥前壓力0.01MPa關(guān)閉壓差0.8MPa溫度250℃～300℃)不能滿足;(7)閥球和閥座受損壞導(dǎo)致卡塞等等。為此，在生產(chǎn)與檢修過程中對上述原因進行逐一排查，氣源壓力0.5～0.6MPa正常;DCS系統(tǒng)到閥門電磁閥上的信號無錯誤;閥體和執(zhí)行機構(gòu)機械部分正常;對閥門進行解體后，發(fā)現(xiàn)閥球和球座并未有受損現(xiàn)象;工藝條件滿足，不可能導(dǎo)致閥門不能關(guān)閉;從扭矩方面來看，根據(jù)該閥門的扭矩數(shù)據(jù)表可知，該閥門的扭矩放大倍數(shù)為1.3，而該閥門失氣時閥門狀態(tài)為FC狀態(tài)，氣開形式，彈簧復(fù)位(靠彈簧力去關(guān)閉閥門)，除去以上幾種情況，通過計算要使閥門關(guān)閉需2423(N·M)的作用力，并用扭矩扳手多次實驗，從扳手上可以得出需要加345(N·M)的作用力，閥門開關(guān)才能運行正常，最終得出了導(dǎo)致閥門不能關(guān)閉的原因是執(zhí)行機構(gòu)彈簧力不夠。氣缸彈簧力計算見圖1。彈簧常數(shù)：以K表示，指當彈簧被壓縮時，每增加1mm距離的負荷(kgf/mm)。

　　式中：G-線材的鋼性模數(shù);d-線徑;D2-外徑;D1-內(nèi)徑;D-中徑=D2-d N-總?cè)��?shù);NC=有效圈數(shù)=N-2

圖1 氣缸彈簧力計算圖

3、改造方案和實施

　　根據(jù)上述原因分析，提出2種解決彈簧力不夠方案：(1)更換彈簧，增加彈簧力;(2)改造執(zhí)行機構(gòu)作用。若更換彈簧，通過計算需增加2個彈簧相應(yīng)增加氣缸長度，投資大，需0.6萬美金，且訂購供貨周期長，同時在線更換也存在很大的安全風(fēng)險，嚴重影響了裝置長周期運行;若改造氣缸控制氣路，只需一個鎖止閥、快速排氣閥和少量的管件，方便、可行、簡單。投資少只需要2000元人民幣，無安全風(fēng)險。氣缸控制氣路未改進和改進后的示意圖見圖2、圖3。

圖2 氣缸控制氣路未改進示意圖

圖3 氣缸控制氣路改進后示意圖

4、改造實施后的效果

　　通過對氣缸控制氣路進行改進，15單元鎖灰控制閥從2010年2月改造至今，該閥門既保留單作用的特性，又發(fā)揮了雙作用的優(yōu)點，運行非常正常，從未出現(xiàn)任何故障，設(shè)備運行穩(wěn)定，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

5、結(jié)語

　　根據(jù)對15單元鎖灰控制閥的技術(shù)改造實施后運行效果，對煤氣化裝置出現(xiàn)相同故障的閥門如：控制V-1301的超高壓氮氣的閥門也進行了同樣的改造。經(jīng)改造后的閥門投用半年以來，至今未出現(xiàn)任何故障現(xiàn)象，不僅保障了shell煤氣化裝置的穩(wěn)定運行，而且節(jié)約了生產(chǎn)成本。