蒸汽管網(wǎng)放空閥技術(shù)改造

蔣化勇，趙艷波，束金洪，張慶忠，苗同立

(兗礦新疆煤化工有限公司，烏魯木齊830011)

兗礦新疆煤化工有限公司公用工程熱電裝置中9.8MPa蒸汽主要用來為熱電2臺2.5MW汽輪發(fā)電機(jī)組和1臺8×104M3空分壓縮機(jī)組汽輪機(jī)提供動(dòng)力。2臺9.8MPa蒸汽管網(wǎng)放空閥分別在空分壓縮機(jī)組汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中起壓力調(diào)節(jié)的作用和緊急停車時(shí)起快開放空泄壓的作用，對空分壓縮機(jī)組的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

在空分壓縮機(jī)組試車期間，這2臺閥門先后出現(xiàn)喘振、泄漏等現(xiàn)象，影響到空分壓縮機(jī)組無法沖轉(zhuǎn)開車以及后續(xù)系統(tǒng)化工裝置的運(yùn)行。

1 改造前放空閥狀況

1.1 閥門故障現(xiàn)象

閥門的喘振區(qū)域在閥門開度的15%～30%。隨著喘振時(shí)間的增加，喘振區(qū)域越來越大，達(dá)到開度的15%～75%，內(nèi)漏量也隨之越來越大，導(dǎo)致閥門出現(xiàn)了卡塞現(xiàn)象。

1.2 故障原因分析

1.2.1閥門泄漏原因

1) 由于閥門工況比較惡劣，介質(zhì)為9.8MPa， 545℃的高溫高壓過熱蒸汽，閥門開啟時(shí)放空，前后壓差為9.8MPa，對閥座密封環(huán)、閥芯與閥座的密封面、閥芯與內(nèi)套筒之間的沖刷嚴(yán)重，使各密封面以及滑動(dòng)部件受到損壞，產(chǎn)生內(nèi)漏。

2) 正常工況下，2臺閥門處在關(guān)閉狀態(tài)。試車期間，空分壓縮機(jī)組頻繁沖轉(zhuǎn)、跳車，對閥門使用頻繁，放空時(shí)間長，加重了對閥門的沖刷。

3) 閥座密封環(huán)是通過填料壓緊的，當(dāng)閥座密封環(huán)受到?jīng)_刷，造成填料松動(dòng)，再加上閥門喘振來回沖擊，致使閥桿填料泄漏，同時(shí)使內(nèi)套筒在閥腔內(nèi)產(chǎn)生一定的間隙，內(nèi)套筒與閥座之間松動(dòng)，閥座密封不嚴(yán)，產(chǎn)生內(nèi)漏。

1.2.2閥門喘振原因

通過對閥門泄漏原因的分析，可以看出由于閥座密封環(huán)無法壓緊導(dǎo)致內(nèi)套筒在閥腔內(nèi)產(chǎn)生一定的間隙，是導(dǎo)致閥門泄漏的主要原因。由于高壓差的介質(zhì)側(cè)向作用在閥芯上，會(huì)產(chǎn)生一定的偏向力，加上閥芯金屬環(huán)使用的是活塞環(huán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致閥芯金屬環(huán)與內(nèi)套筒內(nèi)壁之間產(chǎn)生很大的摩擦力，從而在閥門動(dòng)作過程中，閥芯有帶動(dòng)內(nèi)套筒活動(dòng)的趨勢，加上內(nèi)套筒是靠填料壓緊的，壓緊力不足，因此導(dǎo)致了內(nèi)套筒的活動(dòng)間隙。在小開度下，由于阻塞流嚴(yán)重，壓力不穩(wěn)定，這種現(xiàn)象更加明顯，因此導(dǎo)致了閥門的喘振現(xiàn)象。

2 改造方案

2.1 閥芯金屬環(huán)改造

由原來的漲環(huán)改造成對開環(huán)結(jié)構(gòu)，厚度方向和閥芯槽保留間隙(只考慮熱膨脹即可)，材料繼續(xù)使用Inconel X-750合金。采用對開環(huán)結(jié)構(gòu)，能夠避免漲環(huán)結(jié)構(gòu)因安裝問題引起的形變，同時(shí)能夠避免漲開環(huán)結(jié)構(gòu)因高壓蒸汽的沖刷引起的彈性形變對內(nèi)套筒的摩擦。

2.2 密封形式改造

通過對閥門喘振及泄漏原因的分析，可以發(fā)現(xiàn)閥門的密封形式是閥門喘振的最主要的原因，因此，密封形式的改造是閥門改造的關(guān)鍵。取消四分環(huán)結(jié)構(gòu)，由原來的提升外套筒預(yù)緊，改為由上閥蓋直接壓緊的形式(如圖1所示)。這樣，不僅閥蓋自密封環(huán)能夠壓緊，同時(shí)，外套筒通過內(nèi)套筒壓環(huán)壓緊內(nèi)套筒，內(nèi)套筒再通過閥座壓緊閥座密封環(huán)，使得內(nèi)、外套筒，閥座及閥座密封環(huán)層層壓緊，從根本上消除了原來的密封形式引起的閥內(nèi)件松動(dòng)的現(xiàn)象，避免了閥門產(chǎn)生喘振。

圖1 閥蓋自密封結(jié)構(gòu)示意

2.3 大閥芯改造

大閥芯外圓在閥芯金屬環(huán)和閥芯密封面處設(shè)計(jì)1個(gè)大的環(huán)形槽(如圖2所示)，增大介質(zhì)進(jìn)入到閥芯與套筒之間的面積，從而快速地使介質(zhì)在閥芯槽內(nèi)平衡，減少了高速介質(zhì)對閥芯的沖擊，從而降低了閥芯的振動(dòng)和側(cè)向不平衡力，減少了對閥芯金屬環(huán)與套筒內(nèi)壁的摩擦和破壞。并且閥芯底部從原來的直接過渡改造成調(diào)節(jié)曲線設(shè)計(jì)，這樣在同樣放空量情況下，提高了大閥芯的開度，提高了調(diào)節(jié)穩(wěn)定性，避免了出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，尤其是在小流量放空的情況下。

圖2 大閥芯改造示意

2.4 閥座結(jié)構(gòu)改造

在閥座底部設(shè)計(jì)1個(gè)密封環(huán)槽(如圖3所示)，使得密封環(huán)放入閥座后，有很好的外徑導(dǎo)向，避免了閥座密封環(huán)在裝配和使用過程中的徑向竄動(dòng)，從而避免出現(xiàn)了閥座密封環(huán)處的泄漏；另外，由于有了閥座的保護(hù)，減少了介質(zhì)對密封環(huán)的直接沖刷和破壞，從而延長了閥座密封環(huán)的使用壽命。

2.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造

2臺放空閥通過氣路改造，其中一臺繼續(xù)使用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)快開功能，另一臺只保留閥門的調(diào)節(jié)功能。為保證閥門的精確定位，避免因氣動(dòng)元件引起的喘振現(xiàn)象，選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以滿足放空閥壓力調(diào)節(jié)的需要。

圖3 閥座結(jié)構(gòu)改造示意

3 改造實(shí)施情況

空分2臺放空閥改造后，自2013年1月投用以來，2臺放空閥調(diào)節(jié)靈活、運(yùn)行穩(wěn)定，喘振現(xiàn)象消失，并且關(guān)閉時(shí)零泄漏，保證了空分系統(tǒng)的順利沖轉(zhuǎn)和長周期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 經(jīng)濟(jì)效益

空分裝置作為整套煤化工裝置的關(guān)鍵裝置，是各化工裝置安全生產(chǎn)的保證?？辗?臺放空閥的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證了空分裝置的長周期安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值并保證了整套煤化工裝置的試車順利進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)了該公司600kt/a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目穩(wěn)產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)的目標(biāo)，創(chuàng)造了1260t/d甲醇，1700t/d尿素的記錄。

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