國產(chǎn)大化肥裝置減溫減壓閥運行故障分析

楊 林，羅繼雄，何培東

(中國石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司，四川 成都 610051)

某化肥生產(chǎn)裝置作為國內(nèi)首套具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)化大化肥裝置，其蒸汽系統(tǒng)壓力分別為高壓11.9MPa(a)、中壓4.9MPa(a)、次中壓2.5MPa(a)和低壓0.44MPa(a)，共4個壓力等級的蒸汽，做到能量分級合理利用，提高能量的綜合利用效率。由轉(zhuǎn)化、合成汽包所產(chǎn)高壓蒸汽經(jīng)過熱器，與開工鍋爐所產(chǎn)高壓蒸汽組成高壓蒸汽系統(tǒng)；由裝置機組透平抽出，部分高壓蒸汽經(jīng)減溫減壓組成為中壓蒸汽系統(tǒng)；同時，部分中壓蒸汽通過減溫減壓進入次中壓、低壓管網(wǎng)。蒸汽系統(tǒng)減溫減壓閥在運行過程中，發(fā)生閥門卡澀故障，導致蒸汽系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行。

1 減溫減壓閥結構原理

減溫減壓閥是通過控制閥體內(nèi)的啟閉件的開度來調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量，將介質(zhì)的壓力降低，同時借助閥后壓力的作用調(diào)節(jié)啟閉件的開度，使閥后壓力保持在一定范圍內(nèi)，并在閥體內(nèi)或閥后噴入減溫冷卻水，將介質(zhì)的溫度降低，達到減溫減壓的目的。減溫減壓閥剖面結構見圖1，一次蒸汽進入閥體后，在減溫減壓閥作用下，達到減溫減壓的目的，并通過二次蒸汽出口進入低壓管網(wǎng)。高壓蒸汽的減溫減壓分為兩個物理過程。

(1)減壓。通過閥體內(nèi)的節(jié)流元件，使一次蒸汽在節(jié)流過程中損失勢能，同時克服高流速帶來的沖蝕、振動和噪音，將一次蒸汽壓力降低。

(2)減溫。向高溫蒸汽中噴入減溫冷卻水，冷卻水經(jīng)過閥體內(nèi)的噴嘴噴出，分散成小水滴(即減溫冷卻水一級霧化)。由于蒸汽流動產(chǎn)生的空氣動力大于水分子的表面張力，水滴在蒸汽中進一步被擊碎，形成水霧(即二級霧化)。水霧懸浮分散在過熱蒸汽中，吸收熱量，幾乎瞬間蒸發(fā)，從而降低蒸汽溫度。

圖1 減溫減壓閥剖面結構

2 減溫減壓閥拆檢情況

針對閥門卡澀、無法及時開關、影響蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)的情況，利用裝置停車的機會，組織檢修人員對閥體進行拆檢。

2.1 HV8021減溫減壓閥拆檢

圖2 活塞密封環(huán)表面堆積大量刮蹭物

HV8021減溫減壓閥用于將11.9MPa(a)高壓蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)?.9MPa(a)中壓蒸汽。通過拆檢發(fā)現(xiàn)，HV8021主閥芯的特性孔部分、閥座及閥籠均未發(fā)現(xiàn)明顯損傷；閥桿及閥桿導向環(huán)內(nèi)壁無損傷。但兩個活塞密封環(huán)已完全卡死在閥芯內(nèi)，且閥蓋內(nèi)壁有劃傷。活塞密封環(huán)卡死在凹槽內(nèi)，其表面堆積有大量刮蹭物(見圖2)。

2.2 PV8026減溫減壓閥拆檢

PV8026減溫減壓閥用于將4.9MPa(a)中壓蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)?.5MPa(a)次中壓蒸汽。通過拆檢發(fā)現(xiàn)，PV8026主閥芯的特性孔部分、閥座及閥籠均未發(fā)現(xiàn)明顯損傷；閥桿及閥桿導向環(huán)內(nèi)壁無損傷；兩個活塞密封環(huán)中，一個活塞環(huán)已完全卡死在閥芯內(nèi)無法動作，另一個損壞脫落(見圖3)。

圖3 PV8026減溫減壓閥損傷情況

3 減溫減壓閥門卡澀故障原因分析[1]

從拆檢發(fā)現(xiàn)的損傷現(xiàn)象可知，卡澀的直接原因為活塞密封環(huán)不能自由動作。閥門的兩個活塞密封環(huán)是一個開口的彈性圈，能夠在活塞環(huán)凹槽內(nèi)自動伸縮，自由旋轉(zhuǎn)，能消除冷熱不同狀態(tài)下材料膨脹對閥芯運動產(chǎn)生的影響，反之，如其不能自由伸縮，就會在閥芯動作的過程中拉傷閥蓋內(nèi)壁，同時導致塞密封環(huán)變形、脫落損壞，從而造成閥門卡澀。進一步分析后發(fā)現(xiàn)，造成故障的原因主要有以下幾方面。

(1)減溫減壓閥門已安裝3年多，由于化肥市場低迷，裝置未進行試生產(chǎn)，長時間未能投運，導致在蒸汽管道以及閥體內(nèi)產(chǎn)生銹渣，閥前管道內(nèi)雜質(zhì)隨介質(zhì)蒸汽進入活塞環(huán)的縫隙，從而卡死活塞環(huán)并造成刮蹭。

(2)閥門投用時會對蒸汽系統(tǒng)進行暖管，在暖管過程中，排液不充分，造成蒸汽帶水。這些汽水混合物通過活塞時發(fā)生了閃蒸，沖刷活塞環(huán)和閥蓋內(nèi)壁，從而造成其變形損壞，發(fā)生卡澀。

(3)在操作過程中，閥體預熱溫度低于相應壓力等級蒸汽對應的飽和溫度。當蒸汽進入閥內(nèi)時產(chǎn)生冷凝，形成冷凝水，對活塞環(huán)和閥蓋內(nèi)壁造成沖刷，從而引起成閥門卡澀。

(4)在投運初期蒸汽系統(tǒng)負荷不高時，減溫水調(diào)節(jié)閥長時間工作在小于5%的閥門開度下，由于工況的減溫水壓力很高，高壓差狀態(tài)下閥門小開度易造成閥芯密封面損壞。

4 處理措施[2，3]

(1)對于已經(jīng)損壞的活塞密封環(huán)、閥芯、閥蓋等無法修補的部件，更換新的原廠備件，同時更換密封件，如閥蓋墊片、閥座墊片、填料。

(2)減溫減壓閥在投運前，必須對閥門及管道進行充分預熱，保證其運行溫度在工況壓力下的飽和溫度以上，避免蒸汽帶水沖擊損壞閥門內(nèi)件。

(3)在投運初期蒸汽系統(tǒng)負荷不高時，減溫水調(diào)節(jié)閥暫不投用，采用旁路閥進行手動調(diào)節(jié)。

5 結語

通過拆檢減溫減壓閥，并結合檢查蒸汽系統(tǒng)的操作記錄，發(fā)現(xiàn)了閥門損壞故障的原因，在采取針對性處理措施對閥門進行維修，并優(yōu)化了蒸汽系統(tǒng)工藝操作后，減溫減壓閥運行正常，穩(wěn)定了蒸汽系統(tǒng)，保證了生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運行。