軌道球閥閥桿斷裂應(yīng)急處置方案

胡 楠

(中海石油華鶴煤化有限公司， 黑龍江鶴崗 154100)

1 液氮洗分子篩工藝流程

來自低溫甲醇洗工序的原料氣中含有微量甲醇和二氧化碳，進(jìn)入吸附器(S04301A/B)將其脫除，以免在冷箱內(nèi)凍結(jié)并堵塞低溫設(shè)備和管道。2臺(tái)分子篩吸附器(1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)再生)，由分布式控制系統(tǒng)控制其24 h周期性切換。吸附器再生用氣體為空分來的低壓氮?dú)?分兩路)，一路經(jīng)再生氣加熱器(E04304)用中壓飽和蒸汽加熱后進(jìn)入分子篩，一路與經(jīng)再生氣水冷器(E04305)冷卻后的再生氣匯合，送往低溫甲醇洗工序的硫化氫濃縮塔作為汽提用氮[1]，工藝流程見圖1。中海石油華鶴煤化有限公司(簡(jiǎn)稱華鶴公司)液氮洗分子篩系統(tǒng)切換由多臺(tái)氣動(dòng)開關(guān)/調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)，由于工藝管線上閥門前后壓差較大，操作溫度范圍較大，每個(gè)開關(guān)行程都要?dú)v經(jīng)-60～200 K的溫差，工藝包要求其中關(guān)鍵的11臺(tái)閥門選型為軌道球閥。

圖1 液氮洗工藝流程

2 軌道球閥工作原理

華鶴公司選用卡麥隆(CAMERON)公司生產(chǎn)的ORBIT軌道球閥。液氮洗分子篩系統(tǒng)11臺(tái)軌道球閥的壓力等級(jí)為10 MPa。閥門密封形式均為金屬硬密封，泄漏等級(jí)為APi598VI?，F(xiàn)根據(jù)主管線應(yīng)用閥門規(guī)格進(jìn)行分析[2]。

2.1 軌道球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

ORBIT軌道球閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)型號(hào)為L(zhǎng)S-185-D-26，閥體型號(hào)為6428HL，閥門結(jié)構(gòu)見圖2。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為雙作用氣動(dòng)活塞式，主要由空氣過濾減壓閥、電磁閥、閥位反饋開關(guān)、氣控閥、蓄油罐等組成[3]。軌道球閥閥桿由執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥桿和閥體閥桿組成，兩者通過螺紋加銷釘?shù)姆绞竭B接，閥桿設(shè)置雙導(dǎo)向槽，與限位銷配合，閥桿底部楔形面與球體導(dǎo)銷配合控制閥桿的升降和轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)球體與閥座無摩擦接觸開關(guān)和低扭矩操作。

圖2 軌道球閥結(jié)構(gòu)圖

2.2 閥門開關(guān)過程

當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，閥球在閥桿施壓下緊緊壓在閥座上；當(dāng)閥門開啟時(shí)，閥桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，閥桿向上運(yùn)動(dòng)，其底部角形平面使閥球脫離閥座；閥桿繼續(xù)提升，并與閥桿螺旋槽內(nèi)的導(dǎo)銷相互作用，使閥球無法摩擦旋轉(zhuǎn)；當(dāng)閥門處于全開位置時(shí)，閥桿已經(jīng)上升到極限位置，閥球也旋轉(zhuǎn)到全通狀態(tài)[4]。

當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，閥桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，閥桿向下運(yùn)動(dòng)，閥球開始旋轉(zhuǎn)，閥桿受到嵌于其上螺槽內(nèi)的導(dǎo)銷作用，閥球和閥桿在無接觸下旋轉(zhuǎn)90°，閥桿底部角形平面楔壓球閥，使其緊密壓在閥座上。

2.3 軌道球閥優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)閘閥、截止閥、球閥等相比，軌道球閥具有6項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

(1) 開關(guān)無磨損。球體偏離閥座后轉(zhuǎn)動(dòng)，消除了其與閥座的摩擦，解決了傳統(tǒng)球閥的閥座磨損問題，大大延長(zhǎng)了閥門密封壽命，同時(shí)確保閥門在頻繁開關(guān)的情況下零泄漏[5]。

(2) 低扭矩操作。因閥門密封面無摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)容易，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣源壓力要求不高，減弱氣缸的工作強(qiáng)度。

(3) 密封面自清洗。當(dāng)閥球傾離閥座時(shí)，流體沿密封面360°流動(dòng)，將一些外來雜質(zhì)沖洗干凈。

(4) 機(jī)械楔形密封。閥桿下端的斜面制作成楔形結(jié)構(gòu)，此種方式不受管線壓力和溫度影響，可以在全壓差和全溫度范圍內(nèi)保持閥球雙向密封。

(5) 單閥座設(shè)計(jì)。靜態(tài)單閥座設(shè)計(jì)能保障雙向零泄漏，避免雙向閥座閥門的內(nèi)腔壓力升高[6]。

(6) 維護(hù)簡(jiǎn)單。頂裝式設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)泄壓后可在線檢查和維修。

3 事故經(jīng)過

2021年10月13日20：00，合成液氮洗裝置進(jìn)冷箱原料氣體積流量由86 528 m3/h降低至34 048 m3/h，2 s后進(jìn)界區(qū)高壓氮?dú)鈮毫Φ陀?.8 MPa，觸發(fā)進(jìn)界區(qū)高壓氮?dú)鈮毫Φ吐?lián)鎖，液氮洗工段及后系統(tǒng)停車。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口原料氣切斷閥(KV04302)軌道球閥閥桿和執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷開，失去開關(guān)功能。閥門整體下線后，發(fā)現(xiàn)其閥桿斷裂(見圖3)。

(a) 斷裂閥桿

(b) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)側(cè)斷裂閥桿

檢修人員將斷裂的閥桿從執(zhí)行機(jī)構(gòu)中取出，測(cè)量斷裂段閥桿數(shù)據(jù)，其長(zhǎng)度為24 mm，螺距為4 mm，外徑為26 mm，螺紋深度為2.5 mm，內(nèi)孔直徑為10 mm。

4 應(yīng)急處置方案

經(jīng)全面排查，閥球開關(guān)正常，無卡澀，無其他隱患問題。此時(shí)需快速恢復(fù)閥門功能，恢復(fù)生產(chǎn)。該閥桿和推桿處于無備件狀態(tài)，緊急采購(gòu)最快需要2周時(shí)間，停產(chǎn)會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成較大影響。針對(duì)此種情況，公司進(jìn)行技術(shù)論證，制定應(yīng)急搶修方案，保證閥門使用正常，快速恢復(fù)生產(chǎn)。

4.1 技術(shù)要點(diǎn)

測(cè)量剩余閥桿，發(fā)現(xiàn)其垂直度較好，可利用剩余閥桿延伸制作推桿連接件，保證閥門開關(guān)動(dòng)作行程。此種方案中要注意以下技術(shù)要點(diǎn)：

(1) 推桿連接件內(nèi)螺紋與閥桿“T”型螺紋完全一致。

(2) 推桿連接件材質(zhì)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)推桿材質(zhì)一致，保證焊接強(qiáng)度。

(3) 精確設(shè)計(jì)推桿連接件的外徑，外徑過小不能保證連接件有足夠強(qiáng)度，外徑過大不能保證足夠的焊接面，影響焊接質(zhì)量。

(4) 推桿連接件的中心和閥桿的中心，其同心度要一致，避免閥桿損傷。

(5) 計(jì)算推桿連接件螺紋數(shù)，過多保證不了加工精度，過少不能保證閥門連接處的強(qiáng)度。

(6) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體回裝時(shí)需要旋轉(zhuǎn)安裝，要保證螺紋不受垂直方向的重力影響，避免損壞螺紋[7]。

(7) 旋轉(zhuǎn)安裝時(shí)需精確計(jì)算閥桿進(jìn)入延長(zhǎng)推桿連接件的深度，保證新制整套連接件與閥門設(shè)計(jì)行程保持一致。

4.2 技術(shù)措施

制定相應(yīng)技術(shù)措施如下：

(1) 委托當(dāng)?shù)貙I(yè)機(jī)加工公司，完成推桿連接件的內(nèi)螺紋加工，制作“T”型螺紋，螺距為4 mm，確保精度和公差滿足要求。

(2) 利用光譜儀測(cè)量推桿材質(zhì)，選用同材質(zhì)棒料加工，同時(shí)在推桿連接件的焊接端面處做45°倒角處理，保證焊接量充裕。

(3) 經(jīng)過計(jì)算設(shè)計(jì)連接件的外徑為50 mm，保證足夠強(qiáng)度和焊接面面積。

(4) 取出斷裂在推桿內(nèi)的螺紋端，在其尾端焊接延長(zhǎng)桿，將其作為連接件與推桿連接，保證其同心度，焊接過程中不會(huì)發(fā)生偏移(見圖4)。

圖4 焊前處置

(5) 經(jīng)計(jì)算，推桿連接件內(nèi)螺紋數(shù)為6圈，既保證加工精度，又保證閥門閥桿同推桿連接件有足夠連接強(qiáng)度。

(6) 由于閥體重心線同中心線重合，易于旋轉(zhuǎn)，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)倒置不動(dòng)，倒置閥體旋轉(zhuǎn)，通過行車和手拉葫蘆配合保證螺紋不受垂直方向的重力影響，避免螺紋損傷[8]。

(7) 在閥桿螺紋旋長(zhǎng)度為24 mm處做標(biāo)記，旋進(jìn)推桿連接件外端面至標(biāo)記處停止，再適當(dāng)修正旋轉(zhuǎn)角度，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體連接螺栓孔匹配，同時(shí)保證原執(zhí)行機(jī)構(gòu)朝向不變[9]。

制作完成的推桿連接件見圖5。

圖5 推桿連接件

5 閥門調(diào)試

在檢修車間，利用移動(dòng)氣源調(diào)試組裝后閥門，閥門開關(guān)正常，行程開關(guān)均到位，無卡澀，閥門行程時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求[10]。將閥門上線回裝，通過遠(yuǎn)程控制調(diào)試一切正常，交于工藝使用。在備件到貨前對(duì)該閥門進(jìn)行特護(hù)管理，每班2次巡檢，觀察閥門動(dòng)作是否存在異常[11]。

6 結(jié)語

本次應(yīng)急處置搶修工作耗時(shí)約20 h，挽救了公司經(jīng)營(yíng)損失。通過大膽創(chuàng)新試驗(yàn)，該方案為行業(yè)軌道球閥應(yīng)急處置提供可借鑒案例。目前該閥已運(yùn)行1月有余，帶壓操作開關(guān)共計(jì)46次，閥門運(yùn)行正常，滿足工藝需求。