淺談焦過濾器反吹球閥故障分析及改進(jìn)措施

熊江

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 工藝說明

某石化煤制氫裝置采用E-Gas氣化工藝，合成氣的除塵和凈化采用干法過濾除塵技術(shù)，通過焦過濾器來除去合成氣中夾帶的固體顆粒，焦過濾器內(nèi)部的金屬纖維氈濾芯過濾粗合成氣中固體顆粒，每臺氣化爐配有兩臺焦過濾器并聯(lián)運(yùn)行，每臺焦過濾器有12臺反吹閥，每臺反吹閥對應(yīng)一簇焦過濾器濾芯。焦過濾器反吹氣由壓縮后的高壓合成氣提供，通過反吹球閥的快速開關(guān)提供高壓脈沖氣流，對焦過濾器濾芯內(nèi)部進(jìn)行反吹。反吹閥前后壓差5.5MPa，每臺氣化爐的24臺反吹閥間隔6s依次開關(guān)一次，設(shè)計(jì)開關(guān)一次時(shí)間0.45s。反吹閥反吹性能直接影響濾芯的過濾效果，一旦反吹閥出現(xiàn)故障，必須在2h內(nèi)切出更換或者維修完畢，否則直接影響整個(gè)焦過濾器運(yùn)行，導(dǎo)致氣化爐停工，反吹閥是影響焦過濾器長周期安全運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。

2 反吹閥規(guī)格和安裝

反吹閥由國外某知名閥門廠配套提供，閥門的規(guī)格和材質(zhì)見表1所示，閥門基本結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 反吹閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)及整體示意圖

3 閥門存在問題及分析

3.1 閥門內(nèi)漏和外漏

裝置運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)閥門存在內(nèi)漏和外漏情況，外漏位置在閥門填料壓蓋位置，同時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏嚴(yán)重，反吹環(huán)管在30min內(nèi)壓力降低4MPa（見圖5）。閥門拆檢中，發(fā)現(xiàn)多臺閥門的閥座、閥球、閥桿、耳軸、填料壓蓋等內(nèi)件磨損嚴(yán)重（見圖2）。

圖2 閥座、耳軸磨損嚴(yán)重

圖5 閥座密封改型前（左）與改型后墊片（右）

3.2 原因分析

根據(jù)拆檢情況判定，引起泄漏的直接原因是閥門使用一段時(shí)間后，閥球與閥座密封面磨損，變形嚴(yán)重引起閥門內(nèi)漏，閥桿、填料及填料函磨損嚴(yán)重導(dǎo)致閥門外漏，造成故障的主要原因有以下幾點(diǎn)。

3.2.1 閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

從閥體與閥體軸承，閥體軸承與夾板，閥桿與閥球之間間隙設(shè)計(jì)偏大，閥球等內(nèi)件浮動(dòng)量過大（詳見圖3），閥座碟簧預(yù)緊力設(shè)計(jì)不足，在兩側(cè)壓差較大（5.5MPa）快速開關(guān)的情況下，閥球在內(nèi)部前后偏移、撞擊、磨損，而磨損進(jìn)一步加大了各尺寸間隙，隨著磨損越嚴(yán)重，閥門泄漏進(jìn)一步加劇，最終形成惡性循環(huán)導(dǎo)致閥門無法繼續(xù)運(yùn)行。閥桿軸及孔間隙大，主軸下端偏移，填料偏磨。由于閥桿與閥球接觸間隙較大，接觸面積相對減小，而且受閥體執(zhí)行機(jī)構(gòu)重力影響，導(dǎo)致閥桿上下撬動(dòng)，出現(xiàn)閥桿填料及壓蓋出現(xiàn)偏磨狀態(tài)，使閥門容易出現(xiàn)外漏、內(nèi)漏。

圖3 閥門結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2 閥門部分零部件材料選擇不合理

閥門內(nèi)部介質(zhì)為高壓合成氣（275℃，成分主要為純凈的氫氣加一氧化碳），設(shè)計(jì)前后壓差5.5MPa,開關(guān)一次時(shí)間0.45s，開關(guān)頻率為600次/天，開關(guān)過程閥球與閥座等各摩擦副之間的摩擦系數(shù)大，閥門很容易磨損。部分零部件的材料不耐磨，如閥座采用的猛青銅，夾板、球體軸套采用316而未做表面硬化處理，這些材料不耐磨，大大降低了閥門的使用壽命。

3.2.3 閥門選型不太合理

4 反吹閥解決措施

4.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

控制閥體與閥體軸承、閥體軸承與夾板、閥桿與閥球之間間隙，減小球體的浮動(dòng)量；改變閥桿端部與球體連接方式，增加閥桿的承載能力；通過計(jì)算重新選擇碟簧，改進(jìn)閥座密封形式，適當(dāng)提高閥座預(yù)緊力。主軸新型連接形式和改型后墊片見圖4、5所示。減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)的長度及降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)重量，可以降低閥門動(dòng)作帶來額外的阻力及填料的磨損。

圖4 主軸新型連接形式

4.2 材質(zhì)升級

對部分閥門零部件進(jìn)行材質(zhì)升級，增強(qiáng)其耐磨性。對閥座、閥座、夾板(2個(gè))、球體軸套(2個(gè))、主軸進(jìn)行材質(zhì)升級并增加耐磨合金層（低摩差系數(shù)碳化鎢涂層），閥座由錳青銅更換為F316（密封面噴涂硬質(zhì)合金），閥桿止推墊片由316升級為800合金。

5 運(yùn)行結(jié)果及結(jié)論

通過現(xiàn)場對反吹球閥的結(jié)構(gòu)改造，閥門的故障率大大降低，閥門的內(nèi)漏、外漏、磨損等問題逐步得到了解決，對濾芯的吹掃效果也相對前期有明顯的改善（閥門壓降均勻且滿足要求），能從本質(zhì)上解決反吹閥故障問題，大大提高焦過濾器運(yùn)行的安全、平穩(wěn)性，同時(shí)，使反吹閥維修費(fèi)用大大降低，濾芯吹掃效果有效增強(qiáng)，焦過濾器的整體經(jīng)濟(jì)性得到大大提高，閥門的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間由最初的30天逐漸提高到180天。