shell煤氣化裝置鎖灰閥的應用及氣缸改進

2013-07-08 汪道友 貴州天福化工有限責任公司

  簡述shell煤氣化裝置開車運行中鎖灰閥出現關不到位、閥塞、和閥座卡死等問題,介紹該閥的主要技術規格和故障分析以及對氣缸控制氣路改進,設備運行穩定,節約了生產成本。

  貴州天福化工有限責任公司(以下簡稱天福公司)是貴州首家煤化工企業,主要生產300kt/a合成氨、200kt/a甲醇和150kt/a二甲醚,氣化裝置采用shell工藝,15單元鎖灰控制閥(介質為飛灰+氮氣)自2010年開工以來,因該閥頻繁出現關不到位、閥卡、閥座卡死等問題,無法及時將灰從中間飛灰貯罐送到吹灰器,造成多次降負荷生產,甚至裝置被迫停車,嚴重影響了裝置的正常運行。

1、15單元鎖灰控制閥的主要技術規格

  該閥門選用美國Kinder公司生產的KBLV-2T-F8型金屬密封開關球閥(三段式固定球結構)。閥門操作/設計壓力:0.8/10MPaG;操作/最高設計溫度:250℃~300℃;連接形式:8"ANSIClass150、RF;泄漏等級:雙向ANSICLASSV,防火、防靜電設計。閥體材質為A216WCB;閥球、閥座材質為316SS+TC,采用超音速噴涂技術,涂層厚度不低于200μm,表面硬度最高達72HRC,具有良好的結合力,確保永不脫落和極好的耐磨性,同時具有良好的耐腐蝕性;閥桿材質為316SS+HCr,表面作鍍硬鉻硬化處理,加強性設計,閥桿直徑加粗約10%;閥座彈簧(多個螺旋形式)材質為InconelX750,確保溫度變化產生大溫差不會出現報死現象;填料/填料環:石墨,滿足高溫工況的要求。執行機構選用Ro-tex(DRC400E-6)產品,氣動執行機構均滿足0.5MPa的供氣壓力,安全系數為1.3倍。執行機構為活塞式單作用彈簧復位執行機構。該閥門執行機構扭矩數據如下表1。

表1 閥門扭矩數據

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2、故障現象原因分析

  經判斷,認為導致15單元鎖灰控制閥的閥門不能正常開關的原因有大致以下幾點:(1)氣源推動力低達不到額定值;(2)信號故障;(3)閥體和執行機構機械故障;(4)扭矩力不夠;(5)執行機構的彈簧力不夠;(6)工藝操作條件(閥前壓力0.01MPa關閉壓差0.8MPa溫度250℃~300℃)不能滿足;(7)閥球和閥座受損壞導致卡塞等等。為此,在生產與檢修過程中對上述原因進行逐一排查,氣源壓力0.5~0.6MPa正常;DCS系統到閥門電磁閥上的信號無錯誤;閥體和執行機構機械部分正常;對閥門進行解體后,發現閥球和球座并未有受損現象;工藝條件滿足,不可能導致閥門不能關閉;從扭矩方面來看,根據該閥門的扭矩數據表可知,該閥門的扭矩放大倍數為1.3,而該閥門失氣時閥門狀態為FC狀態,氣開形式,彈簧復位(靠彈簧力去關閉閥門),除去以上幾種情況,通過計算要使閥門關閉需2423(N·M)的作用力,并用扭矩扳手多次實驗,從扳手上可以得出需要加345(N·M)的作用力,閥門開關才能運行正常,最終得出了導致閥門不能關閉的原因是執行機構彈簧力不夠。氣缸彈簧力計算見圖1。彈簧常數:以K表示,指當彈簧被壓縮時,每增加1mm距離的負荷(kgf/mm)。

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  式中:G-線材的鋼性模數;d-線徑;D2-外徑;D1-內徑;D-中徑=D2-d N-總圈數;NC=有效圈數=N-2

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圖1 氣缸彈簧力計算圖

3、改造方案和實施

  根據上述原因分析,提出2種解決彈簧力不夠方案:(1)更換彈簧,增加彈簧力;(2)改造執行機構作用。若更換彈簧,通過計算需增加2個彈簧相應增加氣缸長度,投資大,需0.6萬美金,且訂購供貨周期長,同時在線更換也存在很大的安全風險,嚴重影響了裝置長周期運行;若改造氣缸控制氣路,只需一個鎖止閥、快速排氣閥和少量的管件,方便、可行、簡單。投資少只需要2000元人民幣,無安全風險。氣缸控制氣路未改進和改進后的示意圖見圖2、圖3。

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圖2 氣缸控制氣路未改進示意圖

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圖3 氣缸控制氣路改進后示意圖

4、改造實施后的效果

  通過對氣缸控制氣路進行改進,15單元鎖灰控制閥從2010年2月改造至今,該閥門既保留單作用的特性,又發揮了雙作用的優點,運行非常正常,從未出現任何故障,設備運行穩定,節約了生產成本。

5、結語

  根據對15單元鎖灰控制閥的技術改造實施后運行效果,對煤氣化裝置出現相同故障的閥門如:控制V-1301的超高壓氮氣的閥門也進行了同樣的改造。經改造后的閥門投用半年以來,至今未出現任何故障現象,不僅保障了shell煤氣化裝置的穩定運行,而且節約了生產成本。