BGL氣化爐連接短節排液調節閥內件損傷原因分析及改造

田志偉

摘 要 針對BGL氣化爐連接短節排液調節閥LV3100－01在實際運行中遇到的問題，分析閥內件的損傷原因并提出維修方案，解決了閥門在阻塞流工況下的閃蒸和氣蝕問題，延長了閥門使用壽命。

關鍵詞 閥內件 阻塞流 閃蒸 氣蝕 改造

中圖分類號 TP214? ?文獻標識碼 B? ?文章編號 1000－3932（2023）04－0587－05

BGL氣化爐采用英國ADVANTICA碎煤加壓熔渣氣化技術，為年產50萬噸合成氨裝置提供合成氣。在BGL碎煤加壓熔渣氣化技術工藝流程中，氣化爐短節液位控制尤為重要，如果液位控制不當，會導致使連接短節液位升高后激冷水通過排渣口進入氣化爐，進而觸發氣化聯鎖停車。調節閥LV3100－01的作用是調節短節液位，但是在實際使用過程中，該閥門頻繁出現無法調節、內漏等現象。為此，筆者針對短節液位調節閥存在的問題，分析其損壞原因并提出解決措施，以保障BGL氣化爐的長周期穩定運行。

1 工藝流程

制氣裝置以塊煤為原料，采用3臺（二開一備）直徑3.6 m的BGL氣化爐，在4.0 MPa壓力下實現氣化。從輸煤皮帶來的塊煤經過煤倉存儲，通過流煤槽到煤鎖中，在煤鎖中進行加壓到與氣化爐壓力相等，然后輸送到氣化爐中，通過干燥層、干餾層、氣化層、燃燒層與氣化爐下部噴入的氣化劑（中壓過熱蒸汽+氧氣）進行復雜的化學反應從而產出粗煤氣。氣化爐出來的粗煤氣依次經過洗滌冷卻器B1206、廢熱鍋爐W1201兩級除塵后，經粗煤氣氣液分離器F1207送往變換裝置；廢熱鍋爐W1201底部集液槽內的煤氣水送往煤氣水分離裝置；經過煤氣水分離裝置處理后的煤氣水回到洗滌冷卻器B1206循環利用。制氣裝置單臺爐工藝流程簡圖如圖1所示。

2 存在的問題

自裝置投運以來，短節液位調節閥多次出現無法調節、內漏等現象，經儀表人員多次解體檢查，發現閥芯與閥座被閃蒸、氣蝕（圖2），閥門失去調節作用。每次檢修都必須更換新的閥內件，一套內件使用周期大約3～4個月，由于該閥門每次故障時閥門前后的截止閥不一定能將調節閥隔離，導致檢修被動，不能隔離時只能暫時調節閥芯方向或采用手動閥控制，嚴重時只能被迫停爐檢修，對工藝生產影響巨大。

3 損傷原因分析

從調節閥LV3100－01的工藝參數（表1）可以看出，該閥門在高壓差、高流速工況下，流體在流出縮流區域后，流體壓力仍然低于流體溫度對應下的飽和蒸汽壓力，故汽化現象依然存在，流體形成氣液兩相流，該過程稱為閃蒸。閃蒸的發生會形成兩相流，使得液體流量不再隨閥前后壓差的增加而增加，出現阻塞流，且由于介質中含有固體顆粒，導致閥內件被沖刷，且縮流區域流速最大處沖刷最為嚴重。

該閥門為單座調節閥角閥，介質側進底出，閥體采用流線型等通流道設計，閥體內沒有任何死區，保證了固體顆粒不會在閥體內沉積。閥芯與閥桿采用一體化設計，粗壯的閥桿具有較高的剛度，可防止閥桿變形彎曲。閥芯、閥座采用316SS與碳化鎢燒結設計，碳化鎢包裹閥芯、閥座的設計對介質的沖刷氣蝕起到了很好的保護作用。閥座出口流道采用文丘里設計，有利于介質的流通，減少對閥門的沖擊。從閥門的設計來看

閥門沒有降壓功能，其結構如圖3所示。從圖2來看，閥芯的末端出現了嚴重的碳化鎢沖蝕，可見閥門在小開度下時對閥內件沖刷較嚴重，閥門前后壓差較高，流速快，夾雜著顆粒物對碳化鎢產生沖刷較強。同時也可以看出，閥門在小開度下阻塞流會引起閃蒸和氣蝕，兩種作用的情況下使閥內件短時間內損壞。閥內件材質已經采用碳化鎢，其硬度（HRC60）與抗沖刷能力已經足夠高，所以需要通過降低閥門兩端的壓差來延長閥門使用壽命。

4 解決措施

4.1 控制壓力降

由上述分析可知，降低壓差，減小流速，消除阻塞流是解決閥內件故障的關鍵所在。經研究，降低壓差、減小流速的最佳方案是增加閥門的降壓等級。由于在閥體內增加閥籠的方法在角閥閥體上難以實現，所以考慮在閥門前后增加限流孔板的方式。在閥前增加孔板，能夠有效降低進入閥體的流速，閥后增加孔板可有效降低閥芯與閥座的壓差，同時在相同負荷下可有效提高閥門開度，減小閥芯與閥座之間的流速。經過計算與試驗，具體解決方案為：在閥門入口處增加兩塊14 mm的限流孔板，在閥門出口處增加一塊17 mm的限流孔板（圖4），從而減小壓差，降低流速，防止阻塞流的產生，達到減小沖刷、氣蝕，減少閥門故障率，延長使用壽命的目的。

4.2 改變閥內件材質

閥門閥芯材料為316+噴涂碳化鎢，但在實際應用過程中，渣水成份中含有渣顆粒且硬度較高，閥內件材質抗沖擊、沖刷力不足，運行較長時間后碳化鎢噴涂層會被破壞，基材易被高壓差渣水沖蝕，導致閥門內漏。

通過分析，將原分體式閥座改為一體式閥座（圖5），閥座閥芯材質改為整體碳化鎢燒結，不僅增加了硬度且抗沖刷能力增強。

5 結束語

BGL氣化裝置連接短節液位控制調節閥LV3100－01完成改造與維修后，交付工藝使用，閥門投用至今未出現因閥內件沖蝕而失效的故障，閥門運行情況良好，滿足工藝工況要求。該閥門較未改造、修復前相比，極大地延長了閥門的使用周期，減少了日常維護工作量，降低了維修成本，可使單臺維修成本每年降低1.2萬元。實踐證明，閥門內件的形式、材質的優化、降壓孔板壓力降的設計是合理的、成功的，可為日后類似閥門改造提供寶貴經驗。

（收稿日期：2022-12-04，修回日期：2023-05-29）