ARGUS煤粉固定球閥在神華煤制油煤氣化煤粉輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔡波

【摘要】本文介紹了神華鄂爾多斯煤制油分公司煤氣化裝置煤粉是如何輸送，以及ARGUS煤粉固定球閥在神華煤制油煤氣化煤粉輸送系統(tǒng)中的使用情況、解決方案。

【關(guān)鍵詞】ARGUS SHELL;固定球閥;煤氣化;粉煤輸送系統(tǒng)

一、前言

神華鄂爾多斯煤制油分公司煤氣化工序是由五環(huán)科技公司、SHELL公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，任務(wù)主要是為煤液化裝置和加氫改質(zhì)等裝置提供氫氣，同時(shí)還為輕烴回收裝置提供冷凍量。

煤氣化裝置分為第一、第二煤制氫裝置兩套，是煤直接液化項(xiàng)目的重要生產(chǎn)裝置之一，兩套煤制氫裝置具有完全相同的制氫設(shè)計(jì)能力：287t/d，平行布置，以利節(jié)約建設(shè)時(shí)間和便于操作管理維修。

二、SHELL煤粉輸送系統(tǒng)介紹

如圖1所示。從磨煤（CMD）裝置來(lái)的煤粉連續(xù)輸送到一個(gè)低壓存儲(chǔ)容器V-1201A/B。當(dāng)容器V-1204A/B清空后，其底部的閥門以及高壓均衡閥就關(guān)閉，通過(guò)減壓閥將壓力降低到S-1201A/B的壓力，和低壓煤存儲(chǔ)容器V-1201A/B達(dá)到壓力平衡。

V-1201A/B底部的閥門開啟，對(duì)容器V-1204A/B進(jìn)行裝填。當(dāng)容器V-1204A/B裝滿時(shí)，該容器頂部的入口閥門關(guān)閉。

圖1

通過(guò)其高壓氮?dú)饩€對(duì)該容器加壓。當(dāng)壓力接近容器V-1205A/B的壓力并且兩者達(dá)到平衡后，高壓均衡閥開啟。煤燃燒器的進(jìn)料線從容器V-1205A/B底部以穩(wěn)定的流量抽出，容器V-1205A/B中的料位降低到一個(gè)確定的高度之下，容器V-1204A/B底部的閥門就開啟，向V-1205A/B補(bǔ)充煤粉。當(dāng)容器V-1204A/B清空后，循環(huán)回上面的步驟。從煤粉給料倉(cāng)（V-1205 A/B）出來(lái)的煤粉與輸送煤粉用的高壓氮?dú)猓黄疬M(jìn)入煤燒嘴A-1301 A/B/C/D。來(lái)自空分裝置的氧氣經(jīng)氧氣預(yù)熱器（E-1309）加熱到180℃后，與少量中壓過(guò)熱蒸汽混合進(jìn)入煤燒嘴。經(jīng)四個(gè)工藝煤燒嘴噴入的煤粉與氧氣、蒸汽在氣化爐內(nèi)發(fā)生部分氧化反應(yīng)。如圖2所示。

圖2

三、ARGUS煤粉固定球閥在殼牌煤氣化煤粉輸送系統(tǒng)中使用情況

神華煤制油煤氣化煤粉輸送系統(tǒng)上使用ARGUS煤粉固定球閥共8臺(tái)，自2007年底投入使用以來(lái)，下線維修25臺(tái)次，故障現(xiàn)象多是卡滯斷軸，主要問(wèn)題集中在軸套磨損、耳軸變形上及備件尺寸不標(biāo)準(zhǔn)、裝配精度不夠上。耳軸已經(jīng)做了就加固圈，但受限于ARGUS的設(shè)計(jì)空間小再改進(jìn)的余地不大。軸套改進(jìn)的效果還可以，但由于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精準(zhǔn)無(wú)誤差，裝配人員要嚴(yán)格按照對(duì)中和扭矩、泄露的要求裝配才能減少閥門的扭矩，要繼續(xù)改進(jìn)軸套密封結(jié)構(gòu)、改進(jìn)軟硬配件的材質(zhì)和加工精度。如圖3所示。

圖3

四、解決方案

采用固定式O型直通固定式耐磨球閥，閥門結(jié)構(gòu)如圖4所示：此結(jié)構(gòu)為O型球閥雙閥座結(jié)構(gòu)，主要的特點(diǎn)是安裝方向無(wú)要求，能承受雙向介質(zhì)壓力。閥前密封，由于有前后閥座的存在，閥桿的受軸向力較小，承受較小的彎矩，閥桿變形較小。此結(jié)構(gòu)能有效解決上述閥門出現(xiàn)問(wèn)題。

圖4

1.球體與閥座密封副拉傷，主要是由于基體表面噴涂材料的硬度及厚度未能滿足使用工況的要求。其次閥座與球體表面硬度差選擇不合理也會(huì)導(dǎo)致密封副拉傷。為了提高閥芯、閥座密封面基體硬度， 采用在其球體表面熱熔焊Ni60，熔焊深度可達(dá)1～1.5mm，硬度可達(dá)HRC62，閥座密封面較窄，采用堆焊Ni55，堆焊厚度在2mm，硬度在HRC57。在密封面噴涂材料的選擇上，活動(dòng)零件的硬度相對(duì)要較高，大約在HRC：3～5之間，同時(shí)采用熱熔焊工藝，熔焊深度較深，結(jié)合強(qiáng)度好，鎳基合金同時(shí)也有較好的抗腐蝕性能。

2.閥桿與軸套檫傷的問(wèn)題，這是在煤化工球閥中較為常見(jiàn)的，但同時(shí)也是關(guān)鍵性的問(wèn)題。軸套如果沒(méi)有防塵結(jié)構(gòu)，介質(zhì)將進(jìn)入軸套與閥桿之間，造成閥桿與軸套的磨損，同時(shí)介質(zhì)將堆積在軸套與閥桿之間，引起抱軸現(xiàn)象，摩擦力逐步增大，導(dǎo)致力矩逐漸變大。開始閥門卡阻，最后導(dǎo)致閥門卡死。因此閥桿軸套處的密封是耐磨閥關(guān)鍵。驅(qū)動(dòng)軸前閥桿軸套底部用石墨加PTFE進(jìn)行雙重密封，從動(dòng)軸后閥桿在與軸套接觸軸端部采用O型圈密封，可以有效防止煤灰、煤渣進(jìn)入軸套，軸套的內(nèi)壁以及閥桿與軸套接觸的外圓部分都應(yīng)做硬化處理，在軸套內(nèi)部堆焊Ni60，在閥桿噴涂Ni55，增加表面的耐磨性能。

具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5

3.聯(lián)軸器或者閥桿與球體連接處閥桿變形的問(wèn)題，首先必須按公稱壓力的1.3倍進(jìn)行閥桿的強(qiáng)度校核，閥桿材質(zhì)選擇強(qiáng)度及抗腐蝕性能都優(yōu)異的17-4PH為閥桿基材，連接部分的設(shè)計(jì)公差配合精度等級(jí)、基體材質(zhì)的選擇、加工工藝過(guò)程的實(shí)施都是防止聯(lián)軸器變形的關(guān)鍵.同時(shí)采用公差較小的間隙配合，閥桿與球體連接采用圓孔與四方連接，圓孔用于徑向定位，減小閥桿徑向間隙，提高閥桿與軸的同心度，四方用于傳遞扭矩及增大抗扭系數(shù)。如局部放大圖B（圖6）所示。

圖6

圖7

圖8

4.關(guān)于密封面失效的問(wèn)題.固定球閥是靠閥座后面彈簧提供初始密封比壓，而閥座彈簧如果沒(méi)有防灰或防塵的結(jié)構(gòu)，介質(zhì)灰塵進(jìn)入彈簧腔室內(nèi)，介質(zhì)灰塵堆滿彈簧腔室。此時(shí)彈簧會(huì)將失效，導(dǎo)致沒(méi)有足夠的密封初始比壓，導(dǎo)致密封閥座無(wú)法自由定位，引起密封面泄露，從而導(dǎo)致閥座密封面和球體表面的沖刷。為防止這種情況的發(fā)生，閥座彈簧腔室前后都加入了柔性增強(qiáng)石墨密封環(huán)。確保介質(zhì)灰塵不會(huì)進(jìn)入彈簧腔室，彈簧長(zhǎng)期處于自由工作狀態(tài)保持原比壓密封。彈簧防塵結(jié)構(gòu)如局部放大圖C（圖7）所示。

5.關(guān)于球口沖刷的問(wèn)題，由于球閥剛開啟和快關(guān)到位時(shí)，閥座與球體剛脫離，形成一個(gè)細(xì)小的月型口，此時(shí)介質(zhì)壓力差很大，形成瞬間節(jié)流。介質(zhì)從該口成噴射狀噴出，形成強(qiáng)大的沖刷力。因此我們?cè)谇蚩诘奶幚砩希瑢?duì)熔焊層進(jìn)行了加厚處理，可有效的增加球口抗沖刷性能，具體結(jié)構(gòu)局部放大圖D（圖8）所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

神華煤制油煤氣化裝置上該部位使用的ARGUS閥共8臺(tái)，現(xiàn)在在該部位使用改造過(guò)的閥門1臺(tái)，已穩(wěn)定運(yùn)行2年未維修，閥門使用周期長(zhǎng)1個(gè)月，閥門故障次數(shù)就會(huì)減少，每減少1次，就閥門檢修成本而言，節(jié)約10萬(wàn)元/臺(tái)次，8臺(tái)閥門檢修成本就節(jié)約80萬(wàn)元，整個(gè)煤氣化裝置共有ARGUS特殊開關(guān)閥82臺(tái)，那么每次的檢修費(fèi)用可節(jié)約820萬(wàn)元，由于這些閥門故障導(dǎo)致煤制氫裝置停車甚至煤液化裝置停車的損失更是不可估量，所以，經(jīng)過(guò)改造過(guò)的閥在煤氣化裝置推廣、應(yīng)用、降低建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本、抵御風(fēng)險(xiǎn)方面產(chǎn)生積極地作用。

參考文獻(xiàn)

[1]神華鄂爾多斯煤制油分公司煤制氫裝置工藝技術(shù)規(guī)程.

[2]ARGUS閥門說(shuō)明書.