殼牌煤氣化特殊開關(guān)閥維護(hù)改造經(jīng)驗(yàn)

摘要：通過對特殊開關(guān)閥使用維修改造情況的統(tǒng)計(jì)分析，評價(jià)了五年來解決閥門難題的效果。結(jié)合現(xiàn)場故障現(xiàn)象分析和維修改造經(jīng)驗(yàn)，提出了進(jìn)一步改進(jìn)閥門結(jié)構(gòu)材質(zhì)的具體方法。確定了在改造維修基礎(chǔ)上國產(chǎn)化是未來煤氣化特殊開關(guān)閥的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：殼牌煤氣化特殊開關(guān)閥；維修；改造；國產(chǎn)化

引言

神華直接液化煤制氫裝置采用的是殼牌煤氣化工藝，兩套日投煤量兩千噸的氣化爐是核心裝置。

裝置上使用特殊開關(guān)閥共84臺。自2007年底投入使用以來，先后出現(xiàn)了閥門憋壓卡滯、執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷裂漏氣、連接件開裂、球座沖蝕、軸套磨損、耳軸變形、涂層腐蝕脫落、耳軸及填料函進(jìn)粉卡滯等故障， 部分閥門因卡滯、內(nèi)漏造成裝置停工減負(fù)荷，對氣化爐安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。

文章寫作之前作者分類整理了特殊開關(guān)閥的使用記錄、檢修改造記錄，對不同工況的閥門故障現(xiàn)象、檢修次數(shù)、使用周期、檢修改造部位進(jìn)行了總結(jié)分析。期望通過對典型故障現(xiàn)象的分析，結(jié)合特殊開關(guān)閥材質(zhì)結(jié)構(gòu)與耐磨腐蝕性工況不相適應(yīng)的特點(diǎn)，找出故障頻繁、檢修周期短的原因，進(jìn)而，提出改進(jìn)方案，并以此為基礎(chǔ)明確不同位置閥門的檢修周期、備件整閥數(shù)量及維修方式。

五年來我們有針對性地在閥門檢修、維護(hù)和改造等方面做了一些工作，取得了不錯的使用效果。積累的維修改造經(jīng)驗(yàn)既是年度大修和中長期維修改造計(jì)劃的基礎(chǔ)，也為下一步閥門維修、改造、國產(chǎn)化確定了方向和目標(biāo)。希望國內(nèi)煤氣化裝置的儀表同行和閥門制造企業(yè)專業(yè)人員對本文提出批評建議，就氣化爐關(guān)鍵控制設(shè)備使用改造問題相互交流。

1.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

1.1閥門總數(shù)量：

84臺。

1.2總的在線時(shí)間：

UNIT1：24693小時(shí)。

UNIT2：23326小時(shí)。

1.3修理改造數(shù)量：

242臺次， 其中廠家甲 174臺次，自修61臺次，廠家乙7臺次。

1.4進(jìn)口消耗備件數(shù)量：

開車備件、兩年期備件維修包32套，ARGUS賠付維修包15套；兩年期備件球、座21套，ARGUS賠付球、座4套；兩年期備件整閥3臺。

2.總體分析

按年份統(tǒng)計(jì)看，2009年外委廠家甲維修3臺，2010年79臺，2011年52臺，2012年46臺，外委維修數(shù)量逐年下降（2009年運(yùn)行時(shí)間短，維修使用的是進(jìn)口備件），分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)一方面說明我們針對軸套、耳軸、防灰結(jié)構(gòu)、復(fù)合密封的改造及備件國產(chǎn)化、現(xiàn)場維護(hù)的效果不錯，已經(jīng)逐步掌握了閥門在線使用周期；而另一方面也說明閥門維修率仍然處于一個較高水平，使用壽命有待提高。

檢修和使用記錄按照不同的工況分為煤粉固定球、煤粉平衡閥、煤粉鎖斗閥、煤粉泄壓閥、飛灰閥、渣水閥、氧閥。其中氧閥因?yàn)殚_工時(shí)酸洗腐蝕內(nèi)漏只修理過一次，煤粉泄壓閥前有過濾器，故障率較低，其他幾類分析分列如下。

3.分類分析及對策

3.1煤粉固定球

8臺閥門總的維修次數(shù)32臺次，年均每臺閥維修1.2次，本運(yùn)行周期7臺次閥桿斷裂。

故障現(xiàn)象多是卡滯、斷軸，故障原因主要有軸套磨損、耳軸變形及備件尺寸不標(biāo)準(zhǔn)裝配定位精度差三個方面。軸套原閥是石墨編織網(wǎng)軟套，使用1年后有磨損，后改造成耐磨金屬軸套。改造的方法是縮短耳軸尺寸，加裝耐磨金屬套。金屬耐磨套耐磨性能比原來有所提高，但耳軸變薄后容易變形，造成軸套卡滯，最終導(dǎo)致扭矩增大閥桿斷裂。這是近期閥桿頻繁斷裂的主要原因。

初期我們采取恢復(fù)耳軸原尺寸，耳板重新加工表面硬化的改造方案。

ARGUS閥門裝配精度要求高，金屬備件材質(zhì)及結(jié)構(gòu)尺寸、軟密封的尺寸密度要求精準(zhǔn)無誤差，裝配人員必須嚴(yán)格控制對中定位偏差，在泄露率達(dá)標(biāo)的前提下盡量減小工況下的閥門開關(guān)扭矩。

中期我們繼續(xù)改進(jìn)耳軸、軸套結(jié)構(gòu)、增加球定位的穩(wěn)定性和靈活性，提高軟硬配件的材質(zhì)和加工精度，使用效果有所改善；更換不適應(yīng)高壓差工況而又改造難度大ARGUS的閥門，使用軸粗套硬的國產(chǎn)閥，不同國產(chǎn)閥門使用效果不盡相同。

近期在軸套、耳軸、閥座、閥桿連接改造的基礎(chǔ)上再改變閥門的密封形式，降低閥帶壓差開關(guān)時(shí)扭矩，使用效果進(jìn)一步改善。

圖一 煤粉固定球損壞圖片

3.2煤粉鎖斗閥

16臺閥門維修48臺次，年均每臺閥維修0.9次。

這類閥門因?yàn)榻橘|(zhì)沒有腐蝕性，磨損不嚴(yán)重。

主要問題兩個，一是ARGUS浮動球結(jié)構(gòu)與殼牌煤氣化工況造成的雙閥蹩壓，超設(shè)計(jì)壓差導(dǎo)致了扭矩上升、連接件變形損壞、閥體及內(nèi)件泄漏沖蝕。我們在開工初期設(shè)計(jì)安裝了放憋壓排放線，但這個排放線容易堵塞，造成防憋壓失效。另外排放線上的閥門也易磨損泄漏，排放線上閥門泄漏后單閥高低壓隔離的安全性也得不到保證。神華煤制油現(xiàn)場在DCS里做了一個測量閥門開關(guān)時(shí)間測試記錄的邏輯，用于記錄觀察閥門運(yùn)行情況。一段時(shí)間觀察發(fā)現(xiàn)，開閥與關(guān)閥時(shí)間有較大差異，說明了安裝了防憋壓線后仍然存在受憋壓影響扭矩增大的情況。

二是蝶簧翻轉(zhuǎn)或彈性下降，閥門內(nèi)漏密封面沖蝕，這種故障V1205上鎖斗閥出現(xiàn)較多。我們分析原因有三，第一ARGUS蝶簧偏軟，第二除橋操作使閥門單向受壓，導(dǎo)致蝶簧翻轉(zhuǎn)，第三閥座靈活性差，移動后不能復(fù)位。操作原因需要與生產(chǎn)工藝人員協(xié)商解決，閥門蝶簧及閥座密封下一步檢修是改造重點(diǎn)，同時(shí)也應(yīng)保證閥座的結(jié)構(gòu)、尺寸、加工精度要適應(yīng)壓差變化及開關(guān)過程中閥座靈活移動的要求。

如欲徹底解決上述問題，我們認(rèn)為將雙浮動球閥中先開的閥（即除橋用閥）換成固定球是一種選擇。雙浮動球情況下我們采取的措施是在壓力調(diào)節(jié)閥后引一路4.7MPa氮?dú)饨尤腚p閥之間，用減壓閥控制流量，用以平衡充壓后閥門上的產(chǎn)生壓力差。

圖二 煤粉鎖斗閥損壞圖片

3.3煤粉平衡閥

16臺閥門總的維修次數(shù)是53臺次，年均每臺閥維修1.0次，本運(yùn)行周期7臺次閥桿斷裂。

煤粉平衡閥同樣有雙閥憋壓和閥座靈活性差的問題，改進(jìn)也要用與鎖斗閥同樣的方法。除此之外還有閥桿與球連接扁方斷裂的問題，這個故障與雙閥憋壓直接相關(guān)，相互影響。改進(jìn)閥桿材質(zhì)、加強(qiáng)連接扁方的強(qiáng)度是維修改造初期采用的臨時(shí)性措施，也起到了一定的作用。閥座靈活性要靠提高加工精度和提高軟密封性能來保證，近期我們委托了有數(shù)控加工能力的維修廠家重新加工閥座的弧面，但因?yàn)闄z修工期和廠家加工能力的原因，閥座與閥體配合精度、軟密封密封潤滑性能還沒有較大的提高。決解決雙閥憋壓是解決平衡閥故障的核心問題，神華現(xiàn)場采取的方法和效果在文章第5節(jié)會有專項(xiàng)介紹。

圖三 煤粉平衡閥損壞圖片

3.4飛灰閥

18臺閥維修63臺次，本運(yùn)行周期5臺次閥桿斷裂。

飛灰閥也有雙閥憋壓和閥座靈活性差的問題。此外還有介質(zhì)特性引起的腐蝕和卡滯。腐蝕的表現(xiàn)是球面有3mm大小的斑點(diǎn)，我們分析是現(xiàn)場保溫伴熱性能差而產(chǎn)生的露點(diǎn)腐蝕，加強(qiáng)伴熱保溫介質(zhì)溫度超過露點(diǎn)溫度即可?？脑蛞皇秋w灰介質(zhì)的粘性大，易結(jié)塊，刮刀不銳利；二是閥門的備件尺寸和裝配精度不合適；三是蝶簧彈性差，閥座穩(wěn)定性差；四是閥桿密封差，進(jìn)粉結(jié)塊。大扭矩長時(shí)間運(yùn)行閥桿會斷裂，連接件會損壞。加寬密封面增加閥座穩(wěn)定性，刮刀銳利加強(qiáng)刮灰效果，改造閥桿密封結(jié)構(gòu)，改進(jìn)蝶簧材質(zhì)加強(qiáng)蝶簧彈性和耐腐蝕性是近期閥門維修改造的重點(diǎn)。同時(shí)，高溫閥門裝配間隙的調(diào)整也是一個重要問題，維修廠應(yīng)根據(jù)閥門的使用溫度計(jì)算好閥門的球座的裝配間隙，出廠前做模擬高溫工況開關(guān)試驗(yàn)；維修廠應(yīng)不斷改進(jìn)蝶簧、墊片、密封圈的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)配件設(shè)計(jì)尺寸、入場檢驗(yàn)程序的標(biāo)準(zhǔn)化，防止配件不合格及人為隨意調(diào)整裝配間隙等因素造成的現(xiàn)場閥門卡滯。

這類閥門的故障雖然有應(yīng)對的辦法，但實(shí)施起來并不容易。一方面是ARGUS閥門設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)精巧、用材節(jié)省、空間小，對選材、內(nèi)件設(shè)計(jì)、機(jī)加工、熱處理要求較高，另一方面維修改造時(shí)間和成本也是制約因素。通過維修改造大幅提高使用壽命及運(yùn)行穩(wěn)定性不現(xiàn)實(shí)，使用效果只能略有提高維持運(yùn)行，未來應(yīng)考慮用耐磨、耐高溫、耐腐蝕并且克服了ARGUS進(jìn)口閥門缺陷的國產(chǎn)粉體閥門來逐步替代。

圖四 飛灰閥損壞圖片

3.5渣水閥

22臺閥維修39臺次，年均每臺閥維修0.5次。

渣水介質(zhì)閥門運(yùn)行情況總體穩(wěn)定，使用壽命可控。主要故障現(xiàn)象是球、座表面有腐蝕和較深的刮痕，碟簧脆硬斷裂。需要改進(jìn)硬化涂層的耐腐蝕性能，硬度，改進(jìn)蝶簧的材質(zhì)和強(qiáng)度。

渣水閥雖然檢修周期可控，但工況及打開壓差變化比較大，近期有兩臺閥門出現(xiàn)了卡滯打不開裝置險(xiǎn)些停工的情況，所以應(yīng)對渣水閥因球座磨損導(dǎo)致的扭矩增加的問題應(yīng)想辦法解決，我們給維修廠建議一個是耐腐蝕硬化圖層性能改進(jìn)，另一方面要使用加厚蝶簧和蝶簧提升至INCONEL718材質(zhì)，并注意熱處理后蝶簧性能要合格。通過上述改造，不但可以減少卡滯造成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、連接件損壞，閥門的使用壽命也有會有較大提高。

軸及連接件變形和雙相鋼內(nèi)套磨損的故障在每次維修時(shí)也要檢查和修復(fù)。

圖五 渣水閥損壞圖片

4.雙閥憋壓問題討論

出于安全考慮，煤氣化裝置的進(jìn)料、排灰、排渣都設(shè)計(jì)成雙閥。雙閥結(jié)構(gòu)在充泄壓工況易產(chǎn)生雙閥憋壓，表現(xiàn)為閥門超額定壓差工作，打開扭矩成倍增加卡滯。一些現(xiàn)場使用固定球結(jié)構(gòu)球閥，固定球耐壓差能力強(qiáng)，一般設(shè)計(jì)也是全壓差開關(guān)，一般不會出現(xiàn)卡滯故障。神華現(xiàn)場使用的雙閥都是浮動球結(jié)構(gòu)，卡滯和因扭矩增大造成的連接損壞、閥桿斷裂的故障經(jīng)常發(fā)生。我們認(rèn)為，雙閥憋壓已經(jīng)成為干粉煤氣化工藝煤粉、飛灰介質(zhì)的特殊開關(guān)閥故障的主要原因，蝶簧翻轉(zhuǎn)、閥座卡滯、內(nèi)漏、連接件斷裂、連接變形、執(zhí)行機(jī)構(gòu)磨損等一系列嚴(yán)重閥門故障都和雙閥憋壓有關(guān)，分析憋壓的原因和探討解決雙閥憋壓方法有重要意義。

雙閥憋壓的原因分析。

雙閥設(shè)計(jì)是出于安全考慮，而產(chǎn)生雙閥憋壓是工藝條件、操作步驟和閥門結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場閥門內(nèi)外密封效果等綜合作用的結(jié)果。下面結(jié)合神華現(xiàn)場的幾種憋壓現(xiàn)象簡要分析一下憋壓原因。

4.1壓力交變粉體氣相輸送工況是雙閥憋壓的工藝條件。無論飛灰還是煤粉，固定球還是浮動球，現(xiàn)場凡是雙閥的部位都會出現(xiàn)憋壓卡滯現(xiàn)象。

4.2兩個閥門泄露等級相同（兩閥上壓降大致平均分配），充泄壓時(shí)間相對短是產(chǎn)生憋壓的兩個必要條件。

4.3某些部位閥門填料外漏、閥體外漏、法蘭墊片外漏會加劇憋壓。

4.4閥門出現(xiàn)內(nèi)漏后憋壓現(xiàn)象即消失，新閥或新修理閥門憋壓最嚴(yán)重。

解決雙閥憋壓的辦法及優(yōu)缺點(diǎn)。

4.5增加排放線和單向閥。有點(diǎn)是施工簡單，費(fèi)用低廉，現(xiàn)場出現(xiàn)的問題是排放線易堵，單向閥磨損內(nèi)漏。飛灰工況尤其易堵，防憋壓效果較差。

4.6增加排放線和開關(guān)閥，并將開關(guān)閥動作引入順控。優(yōu)點(diǎn)是解決了單向閥失效的隱患，但因?yàn)榕欧啪€也是小口徑長距離，易堵難清理，且增加的開關(guān)閥要求是耐磨球閥，費(fèi)用較高。

4.7增加氮?dú)馄胶饩€。缺點(diǎn)是只能在下鎖斗、平衡閥位置使用。

4.8使用單向密封的閥門，改造現(xiàn)有閥門為單向密封。盤閥是單向密封的閥門，適合雙閥憋壓的工況，但雙盤閥的可靠性有待驗(yàn)證，價(jià)格也偏高。改造現(xiàn)有的浮動球?yàn)閱蜗蛎芊馐且粋€既實(shí)用，投資又低的辦法，單向密封改造在神華現(xiàn)場的取得了很好防憋壓效果。

以上幾種方法都有各自優(yōu)缺點(diǎn)和適用部位，解決問題的成本也不一樣，目前我們認(rèn)為采用單向密封的閥門是成本最低效果最好的解決辦法。

5.結(jié)論

每一類閥門的維修改造方向在分類分析中已經(jīng)做了介紹，總體上ARGUS閥門結(jié)構(gòu)精巧，對含固腐蝕等惡劣工況適應(yīng)性差；用材節(jié)省，改造空間裕量小，維修改造提升余地不大，使用壽命和穩(wěn)定性不完全可控。因此我們認(rèn)為在解決問題過程中持續(xù)改進(jìn)ARGUS閥的同時(shí)，未來應(yīng)考慮在關(guān)鍵部位用國產(chǎn)閥門替代原閥，以緩解故障率高維修效果不好的困境。在改造維修的基礎(chǔ)上國產(chǎn)化是解決進(jìn)口殼牌煤氣化特殊開關(guān)閥適應(yīng)性差、價(jià)格高的根本途徑和方向。當(dāng)然，這個工作應(yīng)該由有豐富維修改造經(jīng)驗(yàn)的國內(nèi)廠商和使用單位一同來完成。

近幾年我們與國內(nèi)閥門制造商在閥門維修、改造、內(nèi)件國產(chǎn)化、維修包國產(chǎn)化、新型結(jié)構(gòu)閥門的應(yīng)用等方面開展了務(wù)實(shí)有效的合作，完成了ARGUS閥維修備件及整閥國產(chǎn)化。雖然國內(nèi)閥門球、座等備件的質(zhì)量控制、加工精度方面落后于國外先進(jìn)企業(yè)，但國內(nèi)企業(yè)服務(wù)好，改進(jìn)反應(yīng)速度快，有價(jià)格優(yōu)勢，質(zhì)量控制連年穩(wěn)步提高，完全替代進(jìn)口產(chǎn)品指日可待。開工以來神華煤制油與國內(nèi)閥門企業(yè)在關(guān)鍵耐磨、耐腐蝕、高溫、高壓閥門維修改造過程中，不斷加深交流，彼此信任，在信息互通、技術(shù)共享、共同研發(fā)等方面做了大量工作，逐步形成了一套雙向無障礙的工作模式，并且每年不斷完善和加強(qiáng)。正是這種制造企業(yè)和使用現(xiàn)場深度交叉合作，才形成了維修、改造、使用、觀察記錄、統(tǒng)計(jì)分析，交流、持續(xù)改進(jìn)的一整套產(chǎn)品提升過程。

我們對煤化工裝置國產(chǎn)特殊開關(guān)閥的未來充滿信心。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸培文 孫曉霞 楊炯良.閥門選用手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社 2009（5）

[2]張志賢.閥門技術(shù)資料手冊. 中國建筑工業(yè)出版社2013（5）.

作者簡介：姜偉（1973.12-），男，漢族，黑龍江省依蘭縣人，工程師，工學(xué)學(xué)士，化工儀表自動化現(xiàn)場維護(hù)。