盤閥在煤氣化裝置中的應(yīng)用及故障分析

王世杰

(河南能源化工集團中原大化集團公司，河南 濮陽 457004)

1 盤閥的工業(yè)應(yīng)用

河南能源化工集團中原大化集團公司使用Shell工藝煤制氣生產(chǎn)甲醇，其中在煤氣化裝置煤粉下料、灰系統(tǒng)及渣處理單元廣泛應(yīng)用了盤閥。

2 盤閥的結(jié)構(gòu)特點

盤閥采用平面密封的基本機理，理論上具有比曲面密封優(yōu)越得多的密封性，它依靠閥盤在閥腔內(nèi)的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對流通通道的打開和切斷，閥盤在閥腔內(nèi)轉(zhuǎn)動時，閥盤本身也在自轉(zhuǎn)，這樣的自轉(zhuǎn)有兩個明顯的優(yōu)點，一是閥盤每次切割物料的點都不同，其磨損和沖刷都很均勻；二是閥盤的自轉(zhuǎn)是良好的自研磨過程，對于閥盤和閥座是很好的補償，因此盤閥是一種在開關(guān)過程中可以對其密封面進行動態(tài)修復(fù)的閥門，這是其他任何結(jié)構(gòu)的閥門所不具備的特點。

圖1 盤閥剖面圖1、閥體；2、閥桿；3、填料；4、搖臂；5、閥座；6、吹掃法蘭；7、閥盤。

盤閥在開關(guān)過程可以不斷剪切與清掃在工藝過程中有可能堆積在閥腔內(nèi)的介質(zhì)，且全通徑、具有寬大的密封面的閥門，其密封面是完全垂直于流線方向，閥盤的運動不會象球閥那樣急劇地改變流線的方向從而導(dǎo)致對密封面或者是閥內(nèi)件的劇烈沖刷，因此盤閥的結(jié)構(gòu)大大減少了物料的沖擊力從而減少了沖蝕，使其具有良好的密封性。

盤閥的閥桿結(jié)構(gòu)也不象球閥那樣受到很大的扭轉(zhuǎn)力和拉力，所以閥桿的使用壽命也得到延長。其中閥桿的作用主要是連接驅(qū)動裝置與閥盤，所以只需要承受驅(qū)動裝置對它的推力和拉力，所以閥桿的摩擦損耗很小。

3 盤閥在煤氣化關(guān)鍵部位的應(yīng)用

Shell煤氣化工藝屬加壓氣流床氣化工藝。粉料的處理和輸送大量地采用了鎖斗技術(shù)。首先煤粉加壓輸送系統(tǒng)之前，原煤經(jīng)U1100磨煤干燥系統(tǒng)(CMD)處理后，依次經(jīng)過常壓粉煤貯罐、煤粉鎖斗及煤粉給料倉，而后由高壓氮氣將粉煤送至氣化爐。在煤粉的輸送過程中，煤粉下料閥的開關(guān)性能及密封性能，直接影響著煤粉輸送單元及氣化爐的正常運行。

圖2 煤加壓給料系統(tǒng)示意圖

按照殼牌原設(shè)計安裝的是進口硬密封浮動球閥的雙閥組(Argus公司產(chǎn)品)。在系統(tǒng)運行過程中，由于煤粉鎖斗和煤給料倉之間壓差較大，加上原料煤煤質(zhì)問題，系統(tǒng)需順控頻繁開關(guān)球閥排堵。但由于煤粉硬度高、粘性大的原因，閥球容易被煤粉包裹，頻繁開啟極易破壞金屬密封及閥球，在高壓差、高沖刷工作環(huán)境下，閥門會發(fā)生內(nèi)漏，導(dǎo)致雙閥組之間憋壓，出現(xiàn)卡澀、無法打開等問題。內(nèi)漏后，漏進雙閥組之間的粉煤又進一步增大了閥門的磨損程度，使閥門的使用壽命縮短，嚴(yán)重影響系統(tǒng)長周期運行。此外，閥門內(nèi)漏還可能造成煤給料倉壓力波動，致使煤粉管線波動，氣化爐爐溫頻繁波動，嚴(yán)重影響煤燒嘴的使用壽命，也會對氣化爐內(nèi)件造成損害。開車以來，閥門更換頻繁嚴(yán)重影響生產(chǎn)。經(jīng)論證后，煤粉下料單元的鎖斗閥、平衡閥首先改為使用國產(chǎn)安特威公司生產(chǎn)的盤閥。

4 盤閥實際運行過程中的故障分析

2010年7月中原大化公司將V1204、V1205之間的下料閥12XV0131/132改造為盤閥，并且自帶反吹閥。目前為止，該兩個閥門運行正常，未出現(xiàn)過開關(guān)不正常的問題。之后灰系統(tǒng)下灰閥15XV-0002/0003等共更換了14臺盤閥，其中雙盤閥6臺。在運行過程中也出現(xiàn)了一些故障，有的是設(shè)計的缺陷，有的是操作的失誤，在使用過程中我們體會到了他們的優(yōu)點，同時也發(fā)現(xiàn)了有些不足之處，現(xiàn)結(jié)合生產(chǎn)中遇到的問題分析如下

4.1 14XV-0009/0010在停車檢修期間打不開

14XV-0009/0010為渣排放雙盤閥，生產(chǎn)無故障，但是在裝置停車時，聯(lián)校閥門卻發(fā)現(xiàn)該閥打不開，檢查電磁閥信號正常，氣路切換也正常，盤閥打不開的原因很可能是閥間和閥腔內(nèi)憋壓造成，由于該閥在開關(guān)動作時都要吹沖洗水，防止物料堆積，在正常生產(chǎn)時，因為渣收集槽V-1402和渣排放罐V-1403中都有壓力，當(dāng)閥門動作時，反吹沖洗水閥打開，閥間和閥腔內(nèi)因為沖洗水的原因，內(nèi)也有一定的壓力，這個壓力和設(shè)備內(nèi)的壓力幾乎一樣，故在正常生產(chǎn)中這兩個閥并不存在憋壓現(xiàn)象，能正常開關(guān)。在裝置停車期間，由于設(shè)備內(nèi)幾乎常壓，當(dāng)開關(guān)閥門時，沖洗水閥開閥吹掃，從而使閥間和閥腔內(nèi)憋壓，導(dǎo)致打不開。

改造措施：在沖洗水閥進吹掃法蘭口間加一個倒淋，當(dāng)閥由于憋壓打不開時，將倒淋打開瀉壓，從而使14XV-0009/0010開關(guān)動作正常。

4.2 15XV-0002/3開不到位

氣化裝置中的15單元是灰處理單元，由于灰的粘性很大，該單元下灰閥原選用浮動球閥很容易由于灰堆積造成閥門打不開，鑒于盤閥在12單元和14單元運行比較穩(wěn)定，將15XV-0002/0003也更換為盤閥，但是在正常生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)閥門開不到位的現(xiàn)象，由于設(shè)計差壓小，該閥剛開始時反吹口沒有加反吹閥門，只是在該閥開不到位時，人為的將反吹截止閥打開，進行氮氣吹掃后該閥能開到位，但是該閥門是下灰閥門，動作較頻繁，又由于物料灰的粘性很大，時間長了就很容易堆積管道，嚴(yán)重到使該閥打不開，我們檢查反吹氮氣管道也由于灰的堆積導(dǎo)致反吹氮氣管道堵塞，最后疏通反吹氮氣管道并加一個反吹氮氣兩位閥，在閥門開關(guān)時都進行吹掃，從而避免了灰的堆積，使該閥動作正常。

4.3 15XV-0006打不開

15XV-0006采用的是DD型雙閥盤，雙向密封的盤閥，該閥曾出現(xiàn)過打不開，導(dǎo)致閥桿斷裂；此種情況經(jīng)分析也是由于憋壓造成，故在反吹氮氣管線另一端又增加一個瀉壓閥，當(dāng)15XV-0006打開之前先開瀉壓閥進行瀉壓，再開閥門，至今該閥運行正常。

4.4 15XV-0015/0115/1006

這三個閥門分別位于下灰系統(tǒng)的靠下方，壓力相對較低，15XV-1006幾乎接近常壓，這三個閥門都沒有帶反吹，故在生產(chǎn)一段時間后會出現(xiàn)閥門不到位的情況，由于這三個閥門所在管道內(nèi)的壓力不大，在遇到閥門不到位的情況時，我們在附近接儀表風(fēng)在法蘭口進行吹掃，吹掃后閥門開關(guān)正常，這三個閥門有一個不足之處是，從外觀看不出閥門的開關(guān)狀態(tài)，只能從主控顯示知道，這樣很不方便。需增加閥門附件。

4.5 11XV-5292

該閥門為石灰石系統(tǒng)下料閥，原為插板閥。石灰石由于水分、粒徑等原因堆積經(jīng)常板結(jié)打不開，需要現(xiàn)場手動處理，改用DN300的單盤閥以后，運行正常。自帶反吹閥氮氣反吹閥11XV-5292F，如圖3中吹掃孔在閥門兩側(cè)，中間有盤管連接。在正常操作中，鑒于上述盤閥故障原因規(guī)定反吹操作如下。反吹時，在下料后閥門關(guān)閉時，打開反吹閥，關(guān)閉環(huán)管截止閥，打開泄壓閥，進行吹掃。每間隔一分鐘，關(guān)閉泄壓閥一次，目的是靠反吹氮氣在閥腔形成憋壓沖擊閥腔內(nèi)積的石灰石，把灰?guī)С鲩y腔，直至吹掃出的石灰石量明顯下降為之，然后打開截止閥，關(guān)閉泄壓閥，吹掃結(jié)束。

圖3 石灰石系統(tǒng)下料閥

在中原大化的盤閥應(yīng)用中，設(shè)計時由于考慮到閥間差壓較大，煤粉的沖蝕嚴(yán)重等問題自帶了反吹閥。但在低差壓的閥門中沒有考慮到反吹的問題，造成閥門卡澀、憋壓打不開。盤閥由于其設(shè)計原理在正常運行時不容易產(chǎn)生憋壓打不開等問題，但在停車時，設(shè)備不帶壓，由于閥門密封性好，閥內(nèi)壓力造成閥門打不開的問題也要考慮到。

瑕不掩瑜，經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實踐，鎖斗閥的國產(chǎn)化改造是成功的。除去盤閥的本身設(shè)計優(yōu)勢，在采購價格方面，盤閥為國產(chǎn)設(shè)備，其價格也遠(yuǎn)低于進口球閥，國產(chǎn)盤閥在Shell煤氣化裝置的使用，解決了Shell工藝設(shè)備上的缺陷及不足，為煤氣化裝置的長周期運行提供了保障。隨著國內(nèi)Shell煤氣化裝置運行時間的延長，部分關(guān)鍵設(shè)備到了故障高發(fā)期，國產(chǎn)設(shè)備的替代對節(jié)約資金非常明顯，Shell煤氣化工藝中關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化是國內(nèi)發(fā)展的一大趨勢。

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