|
PART.1 基本情况 1、装置名称 某煤制烯烃项目于2010年10月投产，世界首套特大型煤基甲醇制烯烃工业化示范工程。采用具有中国自主知识产权的DMTO工艺技术，实现将甲醇转化为低碳烯烃。发生事故的装置为热电装置，主要设备包括480t/h煤粉锅炉4台、50MW抽气式汽轮机组2台，580t/h电动给水泵6台，承载为空分、化工区供汽任务，富余蒸汽发电。 2、工况简介 热电装置向化工装置蒸汽管网的二线压力调节阀，介质为过热蒸汽，阀前/阀后压力：10MPa/4.2MPa；阀前/阀后温度：550℃/450℃；额定流量0-200t/h。 3、仪表情况 该调节阀类型为气动笼式减压阀，为某知名进口品牌原装产品。阀门规格为6＂2500LB，阀体材质WC9、阀芯材质316SS+STELLITE、阀杆材质316SS，阀杆与阀芯连接方式为螺纹+销钉连接。该调节阀于2010年1月投入使用，2012年12月22日发生阀杆断裂故障。 PART.2 故障描述及处理过程 1、故障前工艺情况 锅炉产汽及化工供汽负荷正常：锅炉产汽（调节阀入口）参数为547℃、9.85MPa；化工供汽参数为443℃、4.21MPa；阀门开度为46%；实时蒸汽流量142t/h，各项参数处于持续稳定状态。 2、故障现象详细描述 2012年12月22日11时22分，热电装置公用系统DCS监控画面显示，热电装置向化工装置蒸汽管网的二线压力为4.2MPa，二线压力调节阀阀位由46%下行至41%后迅速增至63%位置，供汽流量由142t/h增至满量程，4.2MPa母管压力由4.19MPa增至5.22MPa。11时23分，二线减压器后安全阀动作。 3、影响范围 （1）导致化工装置4.2MPa供汽压力波动； （2）二线减压器出口管线剧烈震动，工艺管线内衬短接脱落。 图1-1 减压器出口工艺管线内衬短接脱落 （3）供汽管线安全阀动作，并导致二线减压间的彩板房坍塌。由于该供汽管线的安全阀放空管线从板房顶棚引出，因此安全阀超压动作后放空管产生剧烈摆动（从放空管卡箍脱离判断），导致彩板房坍塌。放空管摆动的原因为：安全阀放空管线放空弯头处无“泪眼”设计，安全阀轻微泄露导致弯头处结冰、放空口堵塞，安全阀动作后蒸汽冲击力所致。 4、仪表及系统处理过程 （1）解体调节阀，发现调节阀阀杆与阀芯的连接销钉断裂（断裂痕迹为旧痕迹），阀杆在与阀芯连接处的螺纹末端断裂（新痕迹），如图1-2所示。 （2）造成调节阀阀杆断裂、阀芯脱落的主要原因是：阀芯、阀杆连接结构为螺纹+销钉结构，且阀杆与阀芯连接处的末端螺纹车削加工存在应力痕，该应力痕成为应力薄弱点，致使销钉、阀杆在多重作用力的冲击下断裂。
图1-2 断裂后的阀杆末端留在导向套内 （3）本次阀杆断裂故障为该调节阀自2010年投用以来的第2次断裂故障，且断裂位置与上次一致（两次断裂时间间隔13个月，采用原厂原结构备件更换）。为彻底解决该阀杆断裂问题，与国内某阀门厂家合作，从提高调节阀对工况的适应性（即提高阀芯阀杆连接点的机械强度）、结构形式方面开展技术攻关，为满足介质工况温度及阀杆硬度的要求，以金属棒材（9Cr18MoV）整体车削加工的方式，改进阀芯、阀杆连接结构，提高阀芯、阀杆连接点的抗外力冲击性能。改进后的阀芯、阀杆采用棒材一体化整体加工（图1-3~图1-6）。  图1-3 改进后的阀门阀杆阀芯装配图
图1-4 改进后的阀门阀杆阀芯总装图
图1-5 改进后的阀门内件总装效果图
图1-6 改进后的阀门阀芯、阀杆连接实物图 5、故障性质 仪表设备制造及结构缺陷导致的设备事故。 PART.3 故障原因分析 1、故障前仪表可靠性评价 该调节阀在发生故障前累计投用时间约26个月，在本次故障前发生过3次阀杆转动（阀杆转动原因为阀杆与执行机构推杆连接块松动，阀芯在介质流动的冲力下带动阀杆转动）并导致阀位波动的故障（阀位波动约3%左右），通过增加阀杆限位支架解决了阀杆转动问题。阀位、调节阀出口流量及压力处于稳定状态。 2、失效分析 （1）直接原因造成调节阀阀杆断裂、阀芯脱落的主要原因是：原结构阀芯和压板1是整体结构，背后管嘴与阀杆配合的螺纹直接受力（不平衡力+弹簧推力）；阀杆螺纹收口处没有预留应力倒角，导致阀杆与阀芯连接处的末端螺纹车削加工存在应力痕成为应力薄弱点。原装调节阀阀杆、阀芯实物图、装置图、总装图如图1-7、图1-8所示、
图1-7 原装调节阀阀杆、阀芯实物图
图1-8 原装调节阀阀杆、阀芯装配图 （2）间接原因该调节阀用于化工装置供汽（蒸汽减温减压器）工况，前后差压大、开启背压大，阀芯、阀杆连接点受扭力+剪切力+振动应力等多重作用，导致常规阀芯、阀杆连接处在外力因素下出现螺纹松动、及剪切断裂等问题。 PART.4 防范措施及建议 1、经验总结 调节阀内件的结构、加工工艺及加工精度都会对调节阀在严苛工况的适用性产生直接影响，在高流速、高差压等工况下，对阀门选型及阀内件细节设计方面要引起高度重视。 2、防范措施 在严苛工况调节阀选型时，应重点关注类似工况以往的典型故障，与制造厂开展深入技术探讨及交流，避免在设计阶段就出现薄弱环节。调节阀内件的结构、加工情况在调节阀验收期间无法直观观察，对于重要的调节阀，必要时可进行工厂监造及验收，避免出现结构性缺陷及制造缺陷。对安全阀放空管线放空弯头处开设“泪眼”，实现凝液的排放，消除了凝液冻结导致放空管堵塞的隐患。 PART.5 知识拓展 应力痕与应力角在金属零部件肉厚突变、变径车削、螺纹收口等部位通常会有一种应力缺陷，叫做应力痕。如图1-9所示。 图1-9 原阀杆加工存在的应力痕 上述部位在接近末端处，改用R型车刀加工成弧面，则可以消除应力缺陷，这个弧面叫做应力角，如图1-10所示。 图1-10 改进后的阀杆变径处的应力角 《仪表问答360》是聚焦实操、凝练经验的精萃集，是解决“本领恐慌”问题、“能力不足”危险的工具书。书中呈现了近百个自动化仪表典型案例，是“仪表圈”数十万深耕于行业内的仪表人的经验与思考。  如何购买《仪表问答360》（三）？搜索视频号：仪表圈，打开仪表圈小店，选择商品即可下单 文章来源：公众号仪表圈 责编：星辰
|
|
|
