BGL氣化爐連接短節(jié)排液調(diào)節(jié)閥內(nèi)件損傷原因分析及改造

田志偉

摘 要 針對(duì)BGL氣化爐連接短節(jié)排液調(diào)節(jié)閥LV3100－01在實(shí)際運(yùn)行中遇到的問(wèn)題，分析閥內(nèi)件的損傷原因并提出維修方案，解決了閥門在阻塞流工況下的閃蒸和氣蝕問(wèn)題，延長(zhǎng)了閥門使用壽命。

關(guān)鍵詞 閥內(nèi)件 阻塞流 閃蒸 氣蝕 改造

中圖分類號(hào) TP214? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B? ?文章編號(hào) 1000－3932（2023）04－0587－05

BGL氣化爐采用英國(guó)ADVANTICA碎煤加壓熔渣氣化技術(shù)，為年產(chǎn)50萬(wàn)噸合成氨裝置提供合成氣。在BGL碎煤加壓熔渣氣化技術(shù)工藝流程中，氣化爐短節(jié)液位控制尤為重要，如果液位控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致使連接短節(jié)液位升高后激冷水通過(guò)排渣口進(jìn)入氣化爐，進(jìn)而觸發(fā)氣化聯(lián)鎖停車。調(diào)節(jié)閥LV3100－01的作用是調(diào)節(jié)短節(jié)液位，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，該閥門頻繁出現(xiàn)無(wú)法調(diào)節(jié)、內(nèi)漏等現(xiàn)象。為此，筆者針對(duì)短節(jié)液位調(diào)節(jié)閥存在的問(wèn)題，分析其損壞原因并提出解決措施，以保障BGL氣化爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工藝流程

制氣裝置以塊煤為原料，采用3臺(tái)（二開(kāi)一備）直徑3.6 m的BGL氣化爐，在4.0 MPa壓力下實(shí)現(xiàn)氣化。從輸煤皮帶來(lái)的塊煤經(jīng)過(guò)煤倉(cāng)存儲(chǔ)，通過(guò)流煤槽到煤鎖中，在煤鎖中進(jìn)行加壓到與氣化爐壓力相等，然后輸送到氣化爐中，通過(guò)干燥層、干餾層、氣化層、燃燒層與氣化爐下部噴入的氣化劑（中壓過(guò)熱蒸汽+氧氣）進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)出粗煤氣。氣化爐出來(lái)的粗煤氣依次經(jīng)過(guò)洗滌冷卻器B1206、廢熱鍋爐W1201兩級(jí)除塵后，經(jīng)粗煤氣氣液分離器F1207送往變換裝置；廢熱鍋爐W1201底部集液槽內(nèi)的煤氣水送往煤氣水分離裝置；經(jīng)過(guò)煤氣水分離裝置處理后的煤氣水回到洗滌冷卻器B1206循環(huán)利用。制氣裝置單臺(tái)爐工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2 存在的問(wèn)題

自裝置投運(yùn)以來(lái)，短節(jié)液位調(diào)節(jié)閥多次出現(xiàn)無(wú)法調(diào)節(jié)、內(nèi)漏等現(xiàn)象，經(jīng)儀表人員多次解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥芯與閥座被閃蒸、氣蝕（圖2），閥門失去調(diào)節(jié)作用。每次檢修都必須更換新的閥內(nèi)件，一套內(nèi)件使用周期大約3～4個(gè)月，由于該閥門每次故障時(shí)閥門前后的截止閥不一定能將調(diào)節(jié)閥隔離，導(dǎo)致檢修被動(dòng)，不能隔離時(shí)只能暫時(shí)調(diào)節(jié)閥芯方向或采用手動(dòng)閥控制，嚴(yán)重時(shí)只能被迫停爐檢修，對(duì)工藝生產(chǎn)影響巨大。

3 損傷原因分析

從調(diào)節(jié)閥LV3100－01的工藝參數(shù)（表1）可以看出，該閥門在高壓差、高流速工況下，流體在流出縮流區(qū)域后，流體壓力仍然低于流體溫度對(duì)應(yīng)下的飽和蒸汽壓力，故汽化現(xiàn)象依然存在，流體形成氣液兩相流，該過(guò)程稱為閃蒸。閃蒸的發(fā)生會(huì)形成兩相流，使得液體流量不再隨閥前后壓差的增加而增加，出現(xiàn)阻塞流，且由于介質(zhì)中含有固體顆粒，導(dǎo)致閥內(nèi)件被沖刷，且縮流區(qū)域流速最大處沖刷最為嚴(yán)重。

該閥門為單座調(diào)節(jié)閥角閥，介質(zhì)側(cè)進(jìn)底出，閥體采用流線型等通流道設(shè)計(jì)，閥體內(nèi)沒(méi)有任何死區(qū)，保證了固體顆粒不會(huì)在閥體內(nèi)沉積。閥芯與閥桿采用一體化設(shè)計(jì)，粗壯的閥桿具有較高的剛度，可防止閥桿變形彎曲。閥芯、閥座采用316SS與碳化鎢燒結(jié)設(shè)計(jì)，碳化鎢包裹閥芯、閥座的設(shè)計(jì)對(duì)介質(zhì)的沖刷氣蝕起到了很好的保護(hù)作用。閥座出口流道采用文丘里設(shè)計(jì)，有利于介質(zhì)的流通，減少對(duì)閥門的沖擊。從閥門的設(shè)計(jì)來(lái)看

閥門沒(méi)有降壓功能，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。從圖2來(lái)看，閥芯的末端出現(xiàn)了嚴(yán)重的碳化鎢沖蝕，可見(jiàn)閥門在小開(kāi)度下時(shí)對(duì)閥內(nèi)件沖刷較嚴(yán)重，閥門前后壓差較高，流速快，夾雜著顆粒物對(duì)碳化鎢產(chǎn)生沖刷較強(qiáng)。同時(shí)也可以看出，閥門在小開(kāi)度下阻塞流會(huì)引起閃蒸和氣蝕，兩種作用的情況下使閥內(nèi)件短時(shí)間內(nèi)損壞。閥內(nèi)件材質(zhì)已經(jīng)采用碳化鎢，其硬度（HRC60）與抗沖刷能力已經(jīng)足夠高，所以需要通過(guò)降低閥門兩端的壓差來(lái)延長(zhǎng)閥門使用壽命。

4 解決措施

4.1 控制壓力降

由上述分析可知，降低壓差，減小流速，消除阻塞流是解決閥內(nèi)件故障的關(guān)鍵所在。經(jīng)研究，降低壓差、減小流速的最佳方案是增加閥門的降壓等級(jí)。由于在閥體內(nèi)增加閥籠的方法在角閥閥體上難以實(shí)現(xiàn)，所以考慮在閥門前后增加限流孔板的方式。在閥前增加孔板，能夠有效降低進(jìn)入閥體的流速，閥后增加孔板可有效降低閥芯與閥座的壓差，同時(shí)在相同負(fù)荷下可有效提高閥門開(kāi)度，減小閥芯與閥座之間的流速。經(jīng)過(guò)計(jì)算與試驗(yàn)，具體解決方案為：在閥門入口處增加兩塊14 mm的限流孔板，在閥門出口處增加一塊17 mm的限流孔板（圖4），從而減小壓差，降低流速，防止阻塞流的產(chǎn)生，達(dá)到減小沖刷、氣蝕，減少閥門故障率，延長(zhǎng)使用壽命的目的。

4.2 改變閥內(nèi)件材質(zhì)

閥門閥芯材料為316+噴涂碳化鎢，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，渣水成份中含有渣顆粒且硬度較高，閥內(nèi)件材質(zhì)抗沖擊、沖刷力不足，運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后碳化鎢噴涂層會(huì)被破壞，基材易被高壓差渣水沖蝕，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏。

通過(guò)分析，將原分體式閥座改為一體式閥座（圖5），閥座閥芯材質(zhì)改為整體碳化鎢燒結(jié)，不僅增加了硬度且抗沖刷能力增強(qiáng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

BGL氣化裝置連接短節(jié)液位控制調(diào)節(jié)閥LV3100－01完成改造與維修后，交付工藝使用，閥門投用至今未出現(xiàn)因閥內(nèi)件沖蝕而失效的故障，閥門運(yùn)行情況良好，滿足工藝工況要求。該閥門較未改造、修復(fù)前相比，極大地延長(zhǎng)了閥門的使用周期，減少了日常維護(hù)工作量，降低了維修成本，可使單臺(tái)維修成本每年降低1.2萬(wàn)元。實(shí)踐證明，閥門內(nèi)件的形式、材質(zhì)的優(yōu)化、降壓孔板壓力降的設(shè)計(jì)是合理的、成功的，可為日后類似閥門改造提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（收稿日期：2022-12-04，修回日期：2023-05-29）