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作者 郭以彬。 作者简介 郭以彬，男，1983年12月出生，本科学历，高级工程师，2017年毕业于武汉理工大学电气工程及其自动化专业，现在云南天安化工有限公司装备管理中心从事仪表技术管理工作。 摘要 介绍飞灰过滤器反吹阀国产内件的应用情况，对阀座损坏和阀门外漏的原因进行分析，通过改进阀座材质、调整阀座预压缩量、改进阀杆和波纹管结构、增加液压阻尼器、优化仪表气源压力和阀门维修技术等措施，有效提高了阀门及内件的使用寿命，降低了阀门运行、维护成本，提高了飞灰过滤器及煤气化装置的运行稳定性。 关键词 阀座 波纹管 液压阻尼器 国产化 1概述 云南天安化工有限公司（简称天安化工）煤气化装置采用壳牌干粉煤加压气化工艺技术，投煤量为2000t／d。气化炉生产的合成气经一系列换热进入高温高压飞灰过滤器，除去合成气中飞灰，过滤后合成气中飞灰含量为1~2mg／m3，最大为20mg／m3。飞灰过滤器安装有24组，每组过滤器有48根滤芯，设置有24台反吹阀，用7.82MPa（表压，下同）、225℃的超高压高温氮气间断反吹，以保证飞灰过滤器压差控制在合理范围内和滤芯的过滤效果。 2反吹阀运行情况 24台反吹阀采用西门子S7-400型PLC系统控制，按时间模式循环控制，在过滤器压差正常的情况下，PLC控制阀门动作间隔时间为30s，一次开关时间为250ms，一个循环周期为12.1min。阀门仪表气源压力为0.85MPa，阀门出口侧合成气压力为3.9MPa，温度为345℃，阀门进出口压差为3.92MPa左右，阀门打开、关闭过程时间均少于100ms。原厂进口反吹阀设计寿命（反吹阀波纹管寿命）为开关动作10万次。由于反吹阀的快开、快关、高压差以及阀门结构特性等原因，在阀门的高速动作中，阀座、阀内件会受到高速高频冲击，同时出现较大的阀体振动。曾出现过阀座损坏、波纹管破裂、阀杆断裂、阀芯螺母松动、气缸杆断裂、气缸活塞螺母松动等问题，严重影响阀门寿命。装置投产以来，反吹阀寿命从未达到过设计寿命，经过前期改进，部分故障已完全修复，剩余主要是波纹管破裂和阀座损坏，这使得阀门在工作不到2a后，其内件就要全部更换，由此造成阀门运行、维护成本高。 3反吹阀国产内件使用情况 在与国内制造厂竞争的环境下，反吹阀进口内件的价格有所下降，但每套价格仍高达10~14万元，国产内件每套价格为5~6万元。经过调研，天安化工于2020年采购了一批反吹阀国产内件，包括阀杆波纹管组件、阀芯、阀座、阀座定位环、阀杆导向等，其中波纹管为整体一段式结构，设计和实验室工况下工作寿命都达到20万次。通过入厂检验，波纹管与阀杆的焊接工艺及质量均控制非常好，从外观质量、材质、制造工艺等方面看，达到了原厂进口产品品质。反吹阀国产内件技术参数如表1所示。  反吹阀国产内件于2020年11月安装上线，使用1a后8台阀门陆续出现了内漏和外漏，故障情况统计如表2所示。  从表2可看出，反吹阀的故障主要表现在阀座损坏、波纹管磨损产生裂纹这两方面。 3.1阀座损坏 2022年1月，反吹阀F、R相继出现内漏大，拆解检查发现阀座损坏，此时阀门动作3.85万次，远未达到波纹管设计使用寿命，后续又有4台阀门间断出现阀座损坏，损坏情况如图1所示。  3.2波纹管产生裂纹 2022年2月，反吹阀H、O相继出现波纹管外漏，拆解检查发现波纹管产生裂纹，此时阀门动作4.1万次，远未达到波纹管设计使用寿命，损坏情况如图2所示。  4故障原因分析 4.1阀座设计 通过实测，进口原厂阀座设计预压缩量为0.3mm，国产阀座预压缩量为0.6mm，偏大，导致阀门轴向密封比压偏大。阀座与阀座定位环设计为过渡配合，间隙量为-0.0130~0.0012mm，正常应设计为间隙配合，间隙量在0.2mm左右，间隙设计值偏小，导致阀座热膨胀间隙不够。以上原因导致阀门在高频高速动作时，阀芯对阀座的冲击造成阀座径向挤压破裂脱落。 4.2波纹管破裂 通过解剖破裂波纹管，发现波纹管内壁与阀杆出现非常严重的磨损，最严重处已达波纹管第2层，阀杆径向与波纹管内壁磨损也较严重。磨损后层数减少，使得波纹管无法匹配原设计工况，导致波纹破裂外漏。波纹管及阀杆磨损情况如图3和图4所示。  波纹管破裂与磨损位置完全吻合。经分析主要有3个原因： 1）阀门气缸支撑杆较长（505mm），支撑强度不能克服阀门在高速动作时产生的振动，导致阀门及波纹管产生径向振动，阀杆与波纹管内壁摩擦。 2）阀门阀杆与波纹管对中不佳，阀杆偏心较大时，阀杆与波纹管内壁摩擦。装置的反吹阀使用已超过14a，阀门经过多次维修，反吹阀出口法兰和气缸支撑杆存在不同程度的形变，导致气缸支撑杆长度不一致。反吹阀维修、更换内件后，阀杆与波纹管都存在一定程度的偏心情况。 3）波纹管内径为34mm，阀杆外径为32mm，波纹管法兰孔径为37mm，波纹管法兰孔大于波纹管内径，波纹管法兰孔的设计偏大；波纹管与阀杆设计单边间隙只有1mm，设计值偏小，这些设计问题导致波纹管及阀杆整体不能有效防止波纹管与阀杆摩擦。 5改进措施 5.1阀座改进 5.1.1材料改进 阀座材料由聚苯并咪唑（PBI）改为添加30%碳纤维的聚醚醚酮（PEEK CF30），两者性能指标如表3所示。  PBI是一种特种工程塑料，具有最耐高温和最高机械性能的优点，长期工作温度达310℃，但材料韧性较差。PEEK CF30是改性材料，具有极高的机械性能，添加的碳纤维提高了材料的耐磨性和摩擦性能，也保证了材料有更高的导热率、更好的机械性能、较高的弹性模量、机械强度、耐蠕变性和耐磨性。PEEK CF30冲击强度是PBI的2倍，韧性更好，在阀门高速高频冲击下不容易损坏，长期工作温度达260℃，满足反吹阀使用工况及技术要求。 5.1.2阀座设计改进 通过核算，将阀座预压缩量由0.6mm调整为0.35mm，通过增加阀座密封面宽度来降低阀座工作密封比压。阀座与阀体定位环设计由过渡配合调整为间隙配合，间隙为0.50mm，阀座与阀座定位环调整为间隙配合，间隙为0.35mm，改进后可保证阀座密封性能、热膨胀量及避免阀座受到冲击后的径向挤压破裂。 5.2阀杆、波纹管结构改进 经过核算阀杆强度，将阀杆外径由32mm调整为30mm，增大阀杆与波纹管单边间隙至2mm；波纹管法兰孔采用阶梯设计，在波纹管法兰大孔处增加轴套，轴套内径为31mm，轴套与阀杆单边间隙为0.5mm；波纹管法兰小孔内径为33mm，小于波纹管内径（34mm）。从结构设计上形成两道避免波纹管与阀杆相互摩擦的措施。增加的轴套材质选用耐磨塑料，保证阀杆偏心时保护阀杆不被磨损，轴套设计为可在线更换，便于对轴套磨损情况的检查及更换。增加的阀杆轴套如图5所示。  5.3增加液压阻尼器 为解决原反吹阀在高速动作时，阀座和阀内件受到高速高频冲击，以及阀体振动较大的问题，对反吹阀增加了液压阻尼器。液压阻尼器安装在反吹阀气缸顶部，液压阻尼器的轴与气缸的轴通过螺纹连接。在阀门开关时，通过液压阻尼器中液压油的阻尼，在阀门开、关最后3mm行程时降低阀门开、关速度，从而起到缓冲、减振作用，同时保证阀门开关时间和滤芯喷吹效果不受影响。液压阻尼器的阻尼时间可通过节流螺栓调整，反吹阀、液压阻尼器能进行无损安装，只需拆下反吹阀的上缸盖替换成液压阻尼器即可。液压阻尼器结构如图6所示。  5.4优化仪表气源压力 目前，国内多个壳牌同类型装置反吹阀的仪表气源压力都控制较高（0.80~0.95MPa），当反吹阀压差低于4MPa时，仪表气源压力只需0.7MPa就能满足反吹阀正常工作。仪表气源压力调整后，进一步降低了阀门开关对阀座等内件的冲击，对延长阀门寿命起到积极作用。 5.5优化阀门维修技术 总结前期阀门故障、维修经验，编制阀门维修作业指导书及质量控制卡，明确阀门维修技术要求及检验指标。例如：阀门行程控制在19.5~20.0mm，不超过波纹管拉伸、压缩量的设计值20.0mm；阀杆、波纹管、气缸活塞杆的偏心不超过0.3mm；连接螺纹涂螺纹紧固胶；维修完成后进行阀门试验工作，检验维修阀门是否达到技术指标。通过严格控制维修过程及检验措施，保证阀门维修质量达到设计要求。 6改进效果 经过改进的反吹阀再未出现阀座损坏及波纹管破裂情况。安装液压阻尼器后阀门的振动非常小，几乎听不到阀门气缸活塞与缸体、阀芯与阀座撞击的声音，减振效果非常好。阀门运行反吹效果良好，反吹阀动作时氮气压降及飞灰过滤器各工艺参数均正常。 通过收集、评估改进后的阀门运行数据，认为改进措施可有效提升阀门使用寿命，2022年4月已完成全部反吹阀加装液压阻尼器及阀座改造的工作，2020年1月更换的阀门运行至今，开关动作次数已超过12×104次，全部运行正常。随着国内反吹阀制造厂家经验不断的积累和对产品的不断优化、改进，产品的质量基本达到了进口产品品质。反吹阀国产化应用及改进，提升了阀门使用寿命，降低了阀门的运行及维护成本，提高了飞灰过滤器及煤气化装置的运行稳定性。 IMPROVEMENT AND APPLICATION OF DOMESTIC COMPONENTS FOR FLY ASH FILTER REVERSE BLOW VALVE Guo Yibin （Yunnan Tian'an Chemical Co.，Ltd.，Kunming 650309） Abstract This article introduced the application of domestically produced components of fly ash filter reverse blow valve，analyzed the causes of seat ring damage and valve leakage，and proposed measures such as improving seat ring material，adjusting the compression amount of the seat ring design，improving valve stem and bellows structure，adding hydraulic dampers，optimizing instrument air supply pressure and valve overhaul technology，which effectively improved the service life of valves， components and parts，reduced the valve operation and maintenance costs and improved the operational stability of fly ash filters and gasification plant. Key words seat ring；corrugated pipe；hydraulic damper；localization 该篇文章发表于《大氮肥》2024年第一期。 |
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