高壓黑水調(diào)節(jié)閥失效原因分析及改進(jìn)措施

趙常春

摘? 要：該文對煤氣化高壓黑水調(diào)節(jié)閥的使用狀況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了論述。通過調(diào)節(jié)閥內(nèi)檢，對于腐蝕進(jìn)行沖刷以及閃蒸破壞的情況和氣蝕情況進(jìn)行了調(diào)研，提出采用閥內(nèi)件構(gòu)造的主要影響因素的分析方式，推出解決方案。

關(guān)鍵詞：高壓黑水調(diào)節(jié)閥? 失效原因? 改進(jìn)措施

中圖分類號：TQ545 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（a）-0051-02

為了提高改進(jìn)高壓黑水調(diào)節(jié)閥運(yùn)行功能，對于連接方式等加以改進(jìn)，在閥內(nèi)件材料的抗沖蝕性能上，通過加大調(diào)節(jié)閥的開度，對于閥座結(jié)構(gòu)與工藝方面的改善，最終提升了高壓黑水調(diào)節(jié)閥的使用壽命。

某石化公司采用煤氣化裝置，其進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，在不可燃灰份和未燃盡的炭高溫作用下形成爐渣，經(jīng)過激冷水浴和洗滌，在水蒸氣飽和的合成器送出情況下，使得氧氣和水煤漿進(jìn)行氧化還原，達(dá)到1500℃的條件下時，壓力為6.5MPa。經(jīng)過黑水調(diào)節(jié)閥的減壓，在進(jìn)入高壓閃蒸系統(tǒng)之后，產(chǎn)生了熱量和灰水的回收。

1? 煤氣化高壓黑水調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

對于煤氣化裝置，關(guān)鍵設(shè)備是要進(jìn)行水循環(huán)系統(tǒng)和計(jì)劃流行的閃蒸構(gòu)造的改善。例如，在高壓黑水調(diào)節(jié)閥腐蝕相很強(qiáng)的三相介質(zhì)流動和壓力控制過程中，需要對高壓差進(jìn)行設(shè)置。目前我國采用的城市產(chǎn)品上不多，一般為先進(jìn)的國外公司產(chǎn)品，國際設(shè)備運(yùn)行狀況較好，但是由于高壓黑水調(diào)節(jié)閥使用上的一些問題，維修成本較高，而且一旦發(fā)生故障，則容易帶來安全隱患。因此針對高壓黑水調(diào)節(jié)閥在使用過程中的故障進(jìn)行原因分析，并提出改進(jìn)措施，以提升煤化工裝置下的長周期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平[1]。

高壓黑水調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，高壓黑水閥調(diào)節(jié)閥影響底部產(chǎn)物，閥后壓力經(jīng)過溶解之后，會出現(xiàn)大量酸性氣體，在黑水調(diào)節(jié)閥減壓之后送入高壓閃蒸罐，經(jīng)過氣液兩相的分離，氣相為頂部產(chǎn)物，高壓黑水調(diào)節(jié)閥揮發(fā)組分較為富集，黑水大量氣化，此時在氣象中的分壓迅速降低，閥后壓力實(shí)現(xiàn)降低水中的酸性氣體溢出氣液，兩相在分離器中分開。

通過改進(jìn)高壓黑水發(fā)調(diào)解法，采用了長彎腳式閥門，專門配備了灰水介質(zhì)和黑水介質(zhì)等固體雜質(zhì)的控制設(shè)計(jì)方案。閥桿連為一體，閥芯和閥座以及出口流到選用實(shí)體碳化物材料，介質(zhì)接觸部分的抗沖蝕能力。對于高壓黑水調(diào)節(jié)閥閥體材質(zhì)進(jìn)行了設(shè)置閥門維修和備件更換上導(dǎo)向套和較大直徑的發(fā)展設(shè)計(jì)，起到了一定的調(diào)節(jié)性和穩(wěn)定性，有效解決了閃蒸工況下的筏竿高頻振動問題，而且將噪聲控制，滿足了較大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力要求，為了避免高壓黑水，對高壓閃蒸罐的沖擊，緩解高壓黑水調(diào)節(jié)閥閃蒸氣，對高壓黑水調(diào)節(jié)閥高壓閃蒸罐的沖擊，在高壓黑水調(diào)節(jié)閥后面還設(shè)置了角閥酮體[2]。

2? 高壓黑水發(fā)體黑水調(diào)節(jié)閥的使用狀況

通過對黑水調(diào)節(jié)閥運(yùn)行參數(shù)的獲取，對于多種粒子在介質(zhì)流中的固體懸浮物的流量溫度壓力等的參數(shù)如表1所示。

分析發(fā)現(xiàn)，來自于氣化爐和洗滌塔內(nèi)的黑水，在高溫黑水井壓之后瞬間會發(fā)生汽化，加劇對閥體閥內(nèi)件以及相關(guān)附件的磨損和沖蝕。

經(jīng)過多次事故原因分析，發(fā)現(xiàn)由于調(diào)節(jié)閥失效，導(dǎo)致了黑水閃蒸系統(tǒng)的臨時停車處理出現(xiàn)了狀況，調(diào)節(jié)閥功能下降沖蝕嚴(yán)重，是影響了煤氣化裝置的現(xiàn)場工作環(huán)境。

3? 黑水調(diào)節(jié)閥失效機(jī)理分析

沖刷腐蝕往往是由于腐蝕流體和金屬表面發(fā)生了金屬損壞的情況。材料的抗沖蝕性能，在循環(huán)系統(tǒng)中是一種較為普遍的腐蝕機(jī)理。對于介質(zhì)流固相懸浮顆粒物的硬度形狀和大小數(shù)量等進(jìn)行充實(shí)行為的處理，使得金屬表面氣液固三相介質(zhì)流的循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生了相應(yīng)的沖蝕行為和閃蒸破壞，造成了高壓差情況下閥芯在很短的情況下出現(xiàn)了振動[2]。

這種振動包括了水平振動和垂直振動，流體的垂直撞擊和水平撞擊帶來了機(jī)械損壞和磨損，調(diào)節(jié)閥控制不可靠。在高壓差的情況下，給調(diào)節(jié)閥和管道的內(nèi)表面造成了充實(shí)，使得液體溫度下相應(yīng)的飽和壓力出現(xiàn)了。兩相流的破裂產(chǎn)生蒸汽形成閃蒸，而閥內(nèi)件材料則會影響間隙流動，在高壓差強(qiáng)腐蝕和高含固顆粒介質(zhì)下工作，變相發(fā)生了抗拉強(qiáng)度和硬度的變化，疲勞極限和抗腐蝕極限，強(qiáng)度都有所升高。調(diào)節(jié)閥的使用壽命和加工硬化性能都會受到影響。調(diào)節(jié)閥開度在小開度的情況下，高流速的流體對閥內(nèi)件的沖蝕破壞較為嚴(yán)重，產(chǎn)生閥內(nèi)的較高阻力，將導(dǎo)致閃蒸開度較大，則負(fù)荷也會相應(yīng)增大。最大工況下閥門開度不超過90%，則會導(dǎo)致閥門可控性下降[3]。

4? 改進(jìn)措施

（1）通過對閥內(nèi)件材料的抗沖蝕性能的提升，對碳化鎢粉末進(jìn)行篩選，提高硬度途徑。相對于國內(nèi)的碳化物材料，國外的碳化物材料具有較強(qiáng)的沖殺能力，但是如果減少鈷含量，則容易導(dǎo)致碳化物的韌性受到影響。因此要提升碳化物零件的整體力學(xué)性能，就要采用性能良好的碳化物材料，例如，任性不發(fā)生改變，且具有一定抗沖擊能力、良好抗腐蝕性能的屬于較好的設(shè)備。

（2）對于閥芯形面和連接方式進(jìn)行設(shè)置，采用實(shí)際流量特性曲線，小開度范圍內(nèi)偏差，數(shù)據(jù)的計(jì)算，提高調(diào)節(jié)法運(yùn)行穩(wěn)定性，降低氣蝕和閃蒸的發(fā)生，確定高壓黑水角閥的流量特性，采用數(shù)據(jù)計(jì)算的方式，以對高壓黑水調(diào)節(jié)閥閥芯面數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)測，得到了調(diào)節(jié)閥閥竿和連接處的疲勞斷裂和脫落問題的解決方法，就是將閥芯擰入筏竿之后，用激光打出銷孔，提高連接強(qiáng)度，使得斷裂和閥芯破落的問題得到解決。

（3）增大調(diào)節(jié)閥的開度，便于操作穩(wěn)定性，使調(diào)解法能夠在合理開度范圍內(nèi)，通過額定cv值的調(diào)整達(dá)到最佳狀態(tài)。正常工作開度在50%～80%。加快故流行體介質(zhì)對閥芯和閥座的充實(shí)以及損失，保證調(diào)節(jié)閥的穩(wěn)定運(yùn)行。流量特性曲線由線性特性改為拋物線特性，通過計(jì)算確定cv值，調(diào)節(jié)閥的開度范圍，正常開度為60%，而實(shí)踐證明有效避免調(diào)節(jié)閥開度過小，會提高其與使用壽命。對于文丘里閥座結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，按照重新計(jì)算的額定cv值，在不小于出口直徑7～8度的情況下，擴(kuò)大直徑達(dá)到長度的65%，發(fā)作在擴(kuò)散段上，通過增加文丘里擴(kuò)散段材料厚度，以提高抗沖蝕的時間，實(shí)現(xiàn)長時間周期運(yùn)行。由原先的2mm增加到6mm之后，使用壽命大大提升，抗氣蝕磨損能力也得到提升。

5? 結(jié)語

通過對工藝運(yùn)行條件的改善，黑水調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行維護(hù)管理實(shí)現(xiàn)了高效和科學(xué)化，以防止閥體內(nèi)機(jī)構(gòu)堵塞和結(jié)構(gòu)發(fā)生。利用調(diào)節(jié)閥要及時進(jìn)行清理，對影響其使用壽命的關(guān)鍵因素應(yīng)予以改進(jìn)，將平均壽命予以提升，最終解決制約煤氣化裝置運(yùn)行瓶頸的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 李聿營.高壓黑水調(diào)節(jié)閥失效原因分析及改進(jìn)措施[J].大氮肥，2014，37（5）：299-302.

[2] 梁艷東.高壓調(diào)節(jié)閥閥座現(xiàn)場更換措施[J].設(shè)備管理與維修，2018（17）：48-49.

[3] 楊建江，李娟，周帆.異形高壓節(jié)流調(diào)節(jié)閥氣動載荷分析[J].科技風(fēng)，2018（15）：134-135.