• 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 行业动态>
  • 锁斗泄压阀的故障原因分析及改造
    发布日期:2016-1-22


    摘 要:针对国外锁斗泄压阀在使用一段时间后容易出现严重内漏及开关卡涩的现象,分析了造成这些故障的原因,并提出了一种新型的锁斗泄压阀。同时,通过对该阀门结构的分析,阐述了其作为锁斗泄压阀的优越性。实际的运用情况表明,该新型锁斗泄压阀的使用寿命大大超过了国外进口产品,有效的解决了锁斗泄压阀寿命短的难题。

    本页关键词:进口高压电磁阀进口高温高压电磁阀进口高温电磁阀

    一、前言

    在德士古工艺系统中,煤浆气化后煤渣的处理是由锁斗系统完成的,锁斗系统的正常运转是确保整个煤气化装置稳定运行的关键。由于锁斗系统的工艺介质为具有强磨损性及强腐蚀性的渣水,故锁斗阀发生故障的频率非常高。而在这其中,锁斗泄压阀发生故障的情况尤为常见,锁斗泄压阀为高压差放空阀,其作用为对锁斗进行泄压,由于其开关过程中存在着严重的冲刷及强烈的汽蚀现象,故阀门极易发生内漏及卡涩。

    二、锁斗泄压阀的工况

    内蒙古新能能源有限公司60万t/a甲醇项目气化炉采用的是德士古水煤浆加压气化炉,气化炉运行压力为6.5MPa,如图1所示。锁斗系统主要由渣罐、锁渣阀、排渣阀和冲洗水罐等组成。锁斗循环分为减压、清洗、排渣和充压几个过程,每个循环约30min,以保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣。在集渣时,首先由锁斗充压阀KV-1208A对渣罐V1208A充压,当渣罐压力与气化炉接近时,打开上锁渣阀KV-1202A进行收渣。收渣时间到后,关闭上锁渣阀,通过泄压阀KV-1207A对锁斗进行卸压,排到常压后打开排渣阀KV-1203A。排渣结束并完成锁斗冲洗后,关闭排渣阀KV-1203A,然后对锁斗进行充压,依次重复循环。

    图1 锁斗系统简图

    锁斗泄压阀KV-1207A的作用就是在收渣时间到后对锁斗系统进行泄压,将锁斗中的压力由6.5MPa泄至<0.17MPa,由于其工作介质为渣水(含微量H2S、HCN、NH3、氯化物和硫化物),故开启过程中存在严重的冲刷及汽蚀现象。锁斗泄压阀一般选用球阀,其设计温度为60℃,开关频率为30min/次。

    三、锁斗泄压阀的故障原因分析

    内蒙古新能能源有限公司气化装置于2009年6月18日投料,锁斗泄压阀用的是德国某知名球阀。2010年3月,B套锁斗泄压阀出现内漏,解体检查后发现,阀球涂层存在严重的点蚀、金属黏着、冲刷及涂层脱落现象(见图2),阀体严重锈蚀(见图3),开关也存在严重卡涩现象。同年10月,A套气化炉锁斗发现保不住压力,分析检查后发现也是锁斗泄压阀内漏造成的。其泄漏原因大同小异,解体后球体照片如图4所示。

    图2 球体冲刷损坏照片

    图3 阀体内腔严重锈蚀

    图4 球体损坏图

    从上述中可以看出,该国外锁斗泄压阀的实际使用寿命仅在半年到一年之间,主要故障原因为严重内漏及开关卡涩。

    1.内泄漏原因分析

    锁斗泄压阀内泄漏主要表现为球座密封面泄漏和阀座与阀体间密封泄漏。

    (1)球座密封面泄漏原因分析造成球座密封面泄漏的主要原因有球座间磨损、碟簧补偿力不足等。

    1)球座间的磨损。从阀门解体后的实际情况分析,锁斗泄压阀的球座间磨损情况较为复杂,是黏着磨损、腐蚀磨损、冲刷磨损等共同作用的结果。

    硬质合金黏着,即硬质合金之间存在的微焊接现象,其普遍存在于球座的摩擦过程中。黏着现象的严重程度主要受摩擦力大小、摩擦副配比、介质性质及温度等影响。由于锁斗泄压阀为高压差放空阀,其开启瞬间的金属黏着现象非常严重,而从解体后密封面的拉伤的情况看,该阀门硬化层的耐黏着磨损性能较差,无法满足高压高频开关要求。

    受渣水中氯离子的强腐蚀性影响,球座间硬质合金很容易发生晶间腐蚀及点蚀,而开启瞬间的剧烈汽蚀将进一步加剧两者的发生。若硬质合金的耐腐蚀性能较差,长期使用后,腐蚀将直接穿透晶粒,导致材料应力腐蚀断裂,主要表现为硬化层脱落,图2中硬化层脱落及点蚀的现象存在有力的说明了该材料的耐腐蚀性能非常差。同时,从涂层脱落的区域大小判断,涂层的结合强度也较差。

    阀门开启瞬间的流道较窄,压差较大,考虑到煤渣粒的硬度较高,球座受到的冲刷会非常剧烈,特别是球口边缘,该部位本身为应力集中区域,并且,由于球口边缘也是硬化层的边缘地带,其与基体的结合强度相对偏低,故容易冲刷损坏。从图4可以看出,涂层脱落是从边缘开始往内延伸的。因此,在一定角度上说,冲刷加剧了涂层的脱落。

    2)碟簧补偿力不足。碟簧补偿力不足是造成该阀门内漏的另一重要原因。碟簧补偿力不足的原因主要有两个:一是设计碟簧力偏小;二是轴套磨损后造成的碟簧力急剧变小。

    据计算,该阀门的原设计碟簧约为1500N,设计密封比压仅为1.4。而参阅国内设计规范,其必须密封比压应大于5.0。虽然近年来不断提升的加工能力允许将必须密封比压值适当放小,但是考虑到该工况磨损、温度、内件异变等众多负面因素的影响,该密封比压还是偏低,长期使用后,容易引发高压密封泄漏。

    如图5所示,关闭状态下,阀门的介质力是通过滑块中的两个轴套承受的,由于其介质压力高达6.5MPa,这使得轴套与球体间的摩擦异常剧烈。原阀门轴套采用的是金属网内衬石墨的材料,该内衬层一般在0.15mm左右。而石墨层与金属网的结合强度并不高,长期剧烈摩擦下很容易脱落。一旦石墨层脱落,在高压作用下,球体将往低压侧移动0.15mm,也就是说上游高压侧碟簧的压缩量将减小0.15mm。而该阀门使用的是碟簧,受其自身特性及阀门规格影响,碟簧的变形量很少,该碟簧的设计变形量仅为0.6mm,在减小0.15mm后,其碟簧力将整整减少了25%。同时,考虑到球座磨损及温度等的影响,实际碟簧力可能更小。拆检结果显示,在高频率的开关过程中,轴套中的石墨层几乎被完全磨去,球体与轴套金属网存在不同程度的拉伤现象,这势必造成上述内漏机制的发生。

    图5 原阀门局部结构

    1.阀杆2.轴套3.弹簧4.球体5.阀座

    6.滑块7.阀体

    在球座间磨损及碟簧补偿力不足的影响下,阀门将出现严重内漏。此时,在关闭状态下,渣水将对球体与阀座形成进一步的冲刷,球体及阀座表面在很短的时间内将会被冲出凹坑(见图4),引发更加严重的内漏,直至无法保证锁斗压力。

    (2)阀座与阀体间泄漏原因分析阀座与阀体间泄漏的原因主要是由于碟簧力偏小及阀体锈蚀造成的。一般来说,对于锁斗泄压阀,阀座与阀体间的密封是通过石墨环密封来实现的。而石墨环实现密封的两个必要条件就是足够的径向密封比压及良好的表面粗糙度。如上述,该阀的碟簧力设计偏小,在一定程度上使得其径向密封比压偏小,而阀体锈蚀的发生,将严重降低其与石墨环密封表面的粗糙度,如图3所示,该阀体的锈蚀非常严重,密封已经无法保证。

    2.开关卡涩原因分析

    造成锁斗切断阀开关卡涩的原因主要有球座密封面拉伤、涂层脱落、滑块轴套与球体拉伤等。

    开关卡涩现象的发生,将导致阀门开启时间较长。同时,在其开关过程中,会存在明显的停顿现象,即转一点停顿一下,再转一点再停顿一下,而在这种情况下介质冲刷是非常严重的,在进一步恶化了摩擦环境的同时,也将导致球座冲刷损坏,造成阀门内漏。开关卡涩及阀门内漏是相互联系的,相对于锁斗泄压阀而言,两者一般是同时存在的。

    另外,该锁斗泄压阀的通道由于没有做处理,表面锈蚀及冲刷现象非常严重,这一定程度上也影响了阀门的使用寿命。

    四、解决方案

    1.故障阀门处理方案

    在阀门出现问题以后,国内几家阀门厂家对该阀门进行了维修,但实际使用效果不佳,维修后阀门的使用周期仅为10个月左右。2011年10月经过与苏州安特威阀门有限公司交流,初步决定对该工位阀门进行改进。

    2012年3月7日,气化炉C套检修时,在KV-1207工位安装了一台苏州安特威阀门有限公司制造的3in(1in=0.0254m)6001b(11b=0.45kg)球阀。在使用了1年零8个月后,即2013年11月,对该阀门进行了下线检查,测试结果显示,内泄漏完全符合标准,开关顺畅,且无任何卡涩存在。同时,阀球表面光滑,无点蚀、拉伤等异常现象,通道内也无任何冲刷(见图6)。经查阅气化炉运行统计表,该阀门的在线累计使用时间已经超过9000h,根据拆检后的实际情况分析,保守估计,至少还能继续使用5000h以上。另外,2013年6月安装于气化炉B套的安特威球阀也已经在线使用超过6100h,没有任何问题。

    图6 安特威球阀上线使用1年零8月后拆检图

    安特威新型锁斗泄压阀(见图7)的成功运用,有力地证明了目前国内锁斗泄压阀已经达到国际先进水平,同时,结合实际损坏情况而进行的结构优化使得其在实际的使用过程中更具针对性,使用性能更加优越。

    图7 安特威锁斗泄压阀局部结构简图

    1.轴套2.阀杆3.球体4.阀座

    5.泄灰槽6.阀体7.底轴

    2.新型锁斗泄压阀的结构特点

    苏州安特威阀门有限公司的该新型锁斗泄压阀,着重采取了以下改进措施:

    1)针对原球体涂层耐黏着磨损、腐蚀磨损、冲刷磨损性能较差的情况,采用了独特的FSLLOY18硬质合金,该合金具有良好的耐黏着磨损、耐蚀性及耐冲刷性能,能有效保证渣水工况下球座的密封。同时,针对球口边缘涂层易脱落损坏的情况,对通道进出口附近位置也进行喷涂处理,这大大提高了球口边缘涂层的结合强度及耐冲刷能力。

    2)阀体与石墨环配合位置进行防锈处理,保证阀体与阀座间密封性能的长期稳定可靠。

    3)承受介质力的轴套采用金属硬化轴套,该轴套具有超强的耐磨性能,即使在锁斗泄压阀中使用,其磨耗也小于0.02mm/a,有效地杜绝了类似原阀门因轴套磨损而引发的内漏及卡涩现象。

    4)碟簧及泄灰槽组合设计。该设计避免了碟簧因物料堆积而失效现象的发生。同时,采用适中的碟簧预紧力,在保证内密封的同时,尽可能降低球座间的摩擦力。

    5)中法兰定量压缩设计。通过定量压缩,保证碟簧的变形量,以确保碟簧力符合设计要求。

    6)通道内衬衬管,衬管采用耐冲刷的双相不锈钢,针对性地提高通道的耐冲刷及耐汽蚀性能。

    7)独特的双轴承设计,大大减小了摩擦扭矩,并在一定程度上阻止了物料进入阀杆密封腔。

    五、结语

    锁斗泄压阀的工况为德士古气化炉锁斗系统中比较恶劣的。虽然进口阀门在结构设计、材料选择上有他们的先进之处,但针对性的设计还是有所欠缺。国内球阀制造厂家在对其维修的过程中,了解和掌握了锁斗泄压阀的结构特点及失效机理,并进行了针对性的结构改进及优化。实际的使用情况表明,改进后的锁斗泄压阀的性能大大优于进口产品,且其价格相对便宜,产品售后、服务等更是优于进口产品。随着国内煤化工热度的持续上升,只要设计院、生产厂家及最终用户共同努力,国内产品质量水平一定能达到甚至超过同类进口产品。

    http://www.dghwvalve.com/index.asp

首页 | 公司简介 | 动态资讯 | 产品展示 | 阀门选型 | 工程案例 | 资料下载 | 客户反馈| 网站地图 | 联系我们

销售电话:020-32399500 图文传真:020-32398971  企业邮箱:leovalve@126.com
公司地址:广东广州黄埔区黄埔东路633  邮编:510700

网址:http://www.dghwvalve.com/

备案号:粤ICP备15070090号