淺談焦過濾器反吹球閥故障分析及改進措施

熊江

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 工藝說明

某石化煤制氫裝置采用E-Gas氣化工藝，合成氣的除塵和凈化采用干法過濾除塵技術，通過焦過濾器來除去合成氣中夾帶的固體顆粒，焦過濾器內部的金屬纖維氈濾芯過濾粗合成氣中固體顆粒，每臺氣化爐配有兩臺焦過濾器并聯運行，每臺焦過濾器有12臺反吹閥，每臺反吹閥對應一簇焦過濾器濾芯。焦過濾器反吹氣由壓縮后的高壓合成氣提供，通過反吹球閥的快速開關提供高壓脈沖氣流，對焦過濾器濾芯內部進行反吹。反吹閥前后壓差5.5MPa，每臺氣化爐的24臺反吹閥間隔6s依次開關一次，設計開關一次時間0.45s。反吹閥反吹性能直接影響濾芯的過濾效果，一旦反吹閥出現故障，必須在2h內切出更換或者維修完畢，否則直接影響整個焦過濾器運行，導致氣化爐停工，反吹閥是影響焦過濾器長周期安全運行的關鍵設備之一。

2 反吹閥規格和安裝

反吹閥由國外某知名閥門廠配套提供，閥門的規格和材質見表1所示，閥門基本結構見圖1所示。

圖1 反吹閥內部結構及整體示意圖

3 閥門存在問題及分析

3.1 閥門內漏和外漏

裝置運行過程中發現閥門存在內漏和外漏情況，外漏位置在閥門填料壓蓋位置，同時發現閥門內漏嚴重，反吹環管在30min內壓力降低4MPa（見圖5）。閥門拆檢中，發現多臺閥門的閥座、閥球、閥桿、耳軸、填料壓蓋等內件磨損嚴重（見圖2）。

圖2 閥座、耳軸磨損嚴重

圖5 閥座密封改型前（左）與改型后墊片（右）

3.2 原因分析

根據拆檢情況判定，引起泄漏的直接原因是閥門使用一段時間后，閥球與閥座密封面磨損，變形嚴重引起閥門內漏，閥桿、填料及填料函磨損嚴重導致閥門外漏，造成故障的主要原因有以下幾點。

3.2.1 閥門結構設計問題

從閥體與閥體軸承，閥體軸承與夾板，閥桿與閥球之間間隙設計偏大，閥球等內件浮動量過大（詳見圖3），閥座碟簧預緊力設計不足，在兩側壓差較大（5.5MPa）快速開關的情況下，閥球在內部前后偏移、撞擊、磨損，而磨損進一步加大了各尺寸間隙，隨著磨損越嚴重，閥門泄漏進一步加劇，最終形成惡性循環導致閥門無法繼續運行。閥桿軸及孔間隙大，主軸下端偏移，填料偏磨。由于閥桿與閥球接觸間隙較大，接觸面積相對減小，而且受閥體執行機構重力影響，導致閥桿上下撬動，出現閥桿填料及壓蓋出現偏磨狀態，使閥門容易出現外漏、內漏。

圖3 閥門結構示意圖

3.2.2 閥門部分零部件材料選擇不合理

閥門內部介質為高壓合成氣（275℃，成分主要為純凈的氫氣加一氧化碳），設計前后壓差5.5MPa,開關一次時間0.45s，開關頻率為600次/天，開關過程閥球與閥座等各摩擦副之間的摩擦系數大，閥門很容易磨損。部分零部件的材料不耐磨，如閥座采用的猛青銅，夾板、球體軸套采用316而未做表面硬化處理，這些材料不耐磨，大大降低了閥門的使用壽命。

3.2.3 閥門選型不太合理

4 反吹閥解決措施

4.1 結構改進

控制閥體與閥體軸承、閥體軸承與夾板、閥桿與閥球之間間隙，減小球體的浮動量；改變閥桿端部與球體連接方式，增加閥桿的承載能力；通過計算重新選擇碟簧，改進閥座密封形式，適當提高閥座預緊力。主軸新型連接形式和改型后墊片見圖4、5所示。減小執行機構的長度及降低執行機構重量，可以降低閥門動作帶來額外的阻力及填料的磨損。

圖4 主軸新型連接形式

4.2 材質升級

對部分閥門零部件進行材質升級，增強其耐磨性。對閥座、閥座、夾板(2個)、球體軸套(2個)、主軸進行材質升級并增加耐磨合金層（低摩差系數碳化鎢涂層），閥座由錳青銅更換為F316（密封面噴涂硬質合金），閥桿止推墊片由316升級為800合金。

5 運行結果及結論

通過現場對反吹球閥的結構改造，閥門的故障率大大降低，閥門的內漏、外漏、磨損等問題逐步得到了解決，對濾芯的吹掃效果也相對前期有明顯的改善（閥門壓降均勻且滿足要求），能從本質上解決反吹閥故障問題，大大提高焦過濾器運行的安全、平穩性，同時，使反吹閥維修費用大大降低，濾芯吹掃效果有效增強，焦過濾器的整體經濟性得到大大提高，閥門的連續運行時間由最初的30天逐漸提高到180天。