水煤漿加壓氣化合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥卡死故障原因及優(yōu)化

許士科，徐洪法

(新能鳳凰〔滕州〕能源有限公司，山東滕州 277527)

新能鳳凰(滕州)能源有限公司(以下簡(jiǎn)稱新能鳳凰)氣化裝置采用對(duì)置式多噴嘴水煤漿加壓氣化技術(shù)，采用氣流床反應(yīng)器，以水煤漿和純氧為原料，在高溫(1 250 ℃)、高壓(6.5 MPa)、非催化條件下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成以CO和H2為有效成分的粗合成氣，粗合成氣經(jīng)過激冷室除渣、旋風(fēng)分離器除灰、水洗塔洗滌和減濕、灰水換熱等過程，水洗塔出口合成氣汽氣比約為1.4，含塵質(zhì)量濃度<1 mg/m3(標(biāo)態(tài))，溫度為252 ℃。氣化爐投料初始階段，水洗塔出口合成氣組分指標(biāo)很難控制，特別是含汽、含塵及含灰指標(biāo)往往超標(biāo)。合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥位于渣水處理工段，安裝于水洗塔出口合成氣去火炬排放管道上，屬于關(guān)鍵調(diào)節(jié)閥，其在氣化爐投料升壓、對(duì)單臺(tái)氣化爐泄壓、保壓運(yùn)行、停車放空及氮?dú)庵脫Q的工藝操作環(huán)節(jié)中，承擔(dān)背壓調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)壓力、安全放空等關(guān)鍵作用。

1 調(diào)節(jié)閥故障及處理措施

新能鳳凰采用的6只合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥均為套筒閥，每臺(tái)氣化爐配置2只調(diào)節(jié)閥，規(guī)格分別為Φ203.2 mm 900LB調(diào)節(jié)閥(PV1301A/C/E)和Φ406.4 mm 900LB調(diào)節(jié)閥(PV1301B/D/F)。2只調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)分程控制，即在氣化裝置升壓時(shí)先緩慢關(guān)閉調(diào)節(jié)閥PV1301B，當(dāng)調(diào)節(jié)閥PV1301B全關(guān)后再緩慢關(guān)閉調(diào)節(jié)閥PV1301A，即完成了氣化裝置的升壓。當(dāng)氣化裝置泄壓時(shí)，首先緩慢打開調(diào)節(jié)閥PV1301A，當(dāng)調(diào)節(jié)閥PV1301A全開后再緩慢打開調(diào)節(jié)閥PV1301B，即完成了氣化裝置的泄壓。合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥自2009年12月投運(yùn)的2年內(nèi)，流經(jīng)介質(zhì)不潔凈、工藝不穩(wěn)定等原因造成3只大口徑調(diào)節(jié)閥(PV1301B/D/F，以下簡(jiǎn)稱大調(diào)節(jié)閥)運(yùn)行過程中常出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥振動(dòng)、卡死等故障。

大調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)振動(dòng)、卡死等故障對(duì)氣化裝置的危害十分嚴(yán)重，大調(diào)節(jié)閥振動(dòng)導(dǎo)致閥位波動(dòng)，給工藝操作人員的控制操作造成不利影響。氣化裝置開車初期，大調(diào)節(jié)閥的閥位處于全開狀態(tài)，在氣化裝置升壓時(shí)，大調(diào)節(jié)閥要緩慢持續(xù)關(guān)閉，氣化裝置開始逐漸升壓，就在這個(gè)升壓的關(guān)鍵時(shí)刻，經(jīng)常出現(xiàn)大調(diào)節(jié)閥卡死故障，只得被迫停單系統(tǒng)進(jìn)行檢修。如果大調(diào)節(jié)閥出口截止閥出現(xiàn)返回流現(xiàn)象，必須被迫全系統(tǒng)停車檢修。如果在氣化裝置泄壓時(shí)大調(diào)節(jié)閥卡死，就只能用小口徑放空調(diào)節(jié)閥(PV1301A/C/E，以下簡(jiǎn)稱小調(diào)節(jié)閥)進(jìn)行氣化裝置放空，進(jìn)而延長了氣化裝置的放空時(shí)間，同時(shí)延長了檢修時(shí)間或者正常倒?fàn)t時(shí)間。

合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥發(fā)生卡死故障后，采用的措施是停車拆卸閥芯，取出套筒，用手電鉆鉆孔清垢，再用細(xì)砂紙打磨結(jié)垢。此方法可能損傷套筒內(nèi)外密封面和套筒流通孔的截面。大調(diào)節(jié)閥的清垢工作由于流通孔較多，且要求小心謹(jǐn)慎保護(hù)套筒表面，較為復(fù)雜困難；另外，由于調(diào)節(jié)閥質(zhì)量較大，位于渣水四樓上且無吊裝支點(diǎn)，給拆卸工作帶來較大困難。

2 調(diào)節(jié)閥故障原因分析

根據(jù)大調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用積累的經(jīng)驗(yàn)，分析調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)振動(dòng)、卡死等故障的可能原因歸納如下。

(1) 按調(diào)節(jié)閥選用原則，套筒式結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥適用介質(zhì)清潔、不含顆粒的場(chǎng)合，而合成氣成分非常復(fù)雜并含有煤灰等顆粒，并且這些顆粒狀物質(zhì)容易結(jié)晶，這些顆粒狀物質(zhì)往往卡在套筒與閥芯間隙中，進(jìn)而造成調(diào)節(jié)閥卡死。

(2) 合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥一般處于關(guān)閉狀態(tài)，造成合成氣中的雜質(zhì)淤積在套筒導(dǎo)向間隙內(nèi)，進(jìn)而形成固態(tài)碳；當(dāng)氣化爐壓力發(fā)生變化需要調(diào)節(jié)閥動(dòng)作時(shí)，往往無法正常調(diào)節(jié)。

(3) 氣化裝置開車初期，合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥處于全開狀態(tài)；由于開車初期合成氣介質(zhì)較臟，且含有固態(tài)顆粒(有時(shí)有細(xì)小鐵絲)，還有瞬時(shí)熱脹冷縮現(xiàn)象，容易造成調(diào)節(jié)閥卡死故障。

(4) 調(diào)節(jié)閥振動(dòng)主要是由于調(diào)節(jié)閥在某一開度范圍時(shí)，其固有振動(dòng)頻率接近系統(tǒng)的振動(dòng)頻率，形成共振而造成的。

(5) 調(diào)節(jié)閥閥前壓力為6.60 MPa(絕壓)、閥后壓力為0.30 MPa(絕壓)，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉差壓為7.20 MPa。

綜上所述，套筒式調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)不太適用于合成氣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。事實(shí)上，其他同類企業(yè)氣化裝置也發(fā)現(xiàn)同樣的問題。

3 高壓偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥主要優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

高壓偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的主要優(yōu)點(diǎn)：①偏心旋轉(zhuǎn)閥閥芯閥座只有在密封時(shí)才接觸，一旦動(dòng)作，馬上脫開，有效避免了卡死故障；②偏心旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向部分，采用封閉式結(jié)構(gòu)，保證了調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的可靠性；③閥體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流道通暢，不會(huì)造成雜質(zhì)沉淀，也易于進(jìn)行硬化處理；④高壓偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥閥體可調(diào)比是套筒閥的2倍，固有振動(dòng)頻率與套筒式完全不一致，保證了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的平穩(wěn)性；⑤大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)及高強(qiáng)度的零件設(shè)計(jì)，保證了調(diào)節(jié)閥具有很高的使用壓差；⑥采用法蘭式結(jié)構(gòu)的偏心旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)輕巧，十分便于安裝拆檢。為此，建議將大調(diào)節(jié)閥改為高壓偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥。

考慮到調(diào)節(jié)閥數(shù)量較多，全部更換費(fèi)用較高，先在1套氣化裝置上改造，且有2只口徑不同的調(diào)節(jié)閥分程使用。2013年7月，購買了1只壓力等級(jí)為ANSI900、DN 400 mm的法蘭式氣動(dòng)偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥。2013年7月更換使用3年來，效果較好，調(diào)節(jié)閥運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過振動(dòng)及卡死等任何故障，消除了由此帶來的安全隱患，保障了氣化裝置開停車的順利進(jìn)行，確保了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

在水煤漿加壓氣化工藝系統(tǒng)中，合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥起到了關(guān)鍵的調(diào)節(jié)功能，其動(dòng)作響應(yīng)速度和穩(wěn)定可靠性關(guān)系著生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及設(shè)備人員的財(cái)產(chǎn)生命安全。高壓偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥可以解決在開停車過程中出現(xiàn)的卡死故障，減少了停車檢修的現(xiàn)象發(fā)生，從而保障了氣化裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，其在此工藝環(huán)境中將會(huì)得到越來越廣泛的運(yùn)用。