粉煤三通閥在Shell粉煤氣化中的應用及國產(chǎn)化改進(jìn)

　　簡(jiǎn)述Shell粉煤氣化裝置開(kāi)車(chē)運行中粉煤三通閥出現開(kāi)關(guān)不到位、閥塞和閥座卡死的問(wèn)題，介紹粉煤三通閥的工作原理、結構和故障分析以及國產(chǎn)化改進(jìn)后的粉煤三通閥的使用情況和技術(shù)特點(diǎn)。實(shí)踐證明，國產(chǎn)化改進(jìn)有效解決了Shell粉煤氣化在投煤過(guò)程中粉煤三通閥出現的問(wèn)題，保障了裝置的長(cháng)周期安全穩定運行。

　　粉煤三通閥(又稱(chēng)粉煤換向閥)是Shell粉煤氣化工藝的關(guān)鍵控制設備之一，安裝于氣化爐燒嘴前，用于控制粉煤在循環(huán)管道與投煤管道之間切換流動(dòng)，將粉煤輸送至氣化爐燒嘴。通過(guò)閥門(mén)的介質(zhì)是由4MPa氮氣輸送的粒度為0.05~0.10mm的粉煤，操作溫度為80e，閥門(mén)最大允許關(guān)閉壓差達5.8MPa。廣西柳州化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)柳化公司)在Shell粉煤氣化裝置中使用的粉煤三通閥系從國外進(jìn)口，自2007年初開(kāi)工以來(lái)，在使用過(guò)程中頻繁出現閥門(mén)開(kāi)關(guān)不到位、閥塞和閥座卡死等問(wèn)題，無(wú)法及時(shí)將粉煤輸送至燒嘴。而該粉煤三通閥的生產(chǎn)廠(chǎng)家在國內無(wú)服務(wù)中心，備件準備和閥門(mén)維修滯后，同時(shí)在線(xiàn)檢修更換也存在很大的安全風(fēng)險。在實(shí)際運行中，因該粉煤三通閥故障曾造成多次降負荷生產(chǎn)，甚至裝置被迫停車(chē)，嚴重影響了裝置的正常運行。

1、粉煤三通閥的工作原理和特點(diǎn)

　　粉煤三通閥由閥體和閥塞組成，閥塞上有1個(gè)入口和2個(gè)出口，其內部結構見(jiàn)圖1。正常運行時(shí)，使用直通出口向氣化爐燒嘴管線(xiàn)輸送粉煤;系統開(kāi)、停車(chē)時(shí)，使用旁路出口使煤粉經(jīng)循環(huán)管線(xiàn)返回粉煤倉。由于開(kāi)啟和關(guān)閉位置之間的角度為30b，行程較短，閥門(mén)啟閉時(shí)間很短，對管線(xiàn)造成的流量擾動(dòng)小，可以保證開(kāi)、停車(chē)過(guò)程的平穩性。

圖1 粉煤三通閥內部結構

　　粉煤三通閥采用浮動(dòng)式圓柱面閥塞，其密封形式為面密封，密封等級為IV級。閥塞有2個(gè)平行的呈微小錐形的流體通道，閥體進(jìn)口端尺寸略大于閥塞出口端尺寸，閥體進(jìn)口端與閥塞之間有0.1mm的間隙。閥門(mén)工作時(shí)，介質(zhì)的壓力將閥塞推向閥體出口端，主要利用閥體進(jìn)口端尺寸略大于閥塞出口端尺寸進(jìn)行密封，閥門(mén)動(dòng)作需要較大的扭矩，其配置的執行機構采用標準90°執行器和1：3變速箱，其目的是通過(guò)增加閥門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間來(lái)增大輸出扭矩。

　　(1)工作原理

　　閥體和旋塞精密配合，旋塞上設平行雙通道，由氣缸驅動(dòng)作30°回轉。氣缸失電失氣時(shí)，燒嘴管線(xiàn)關(guān)閉，循環(huán)管線(xiàn)接通(圖2);氣缸得電得氣時(shí)，轉子逆時(shí)針轉動(dòng)30°，燒嘴管線(xiàn)接通，循環(huán)管線(xiàn)關(guān)閉(圖3)。

圖2 氣缸失氣(燒嘴管線(xiàn)關(guān)閉，循環(huán)管線(xiàn)接通)

圖3 氣缸通氣(燒嘴管線(xiàn)接通，循環(huán)管線(xiàn)關(guān)閉)

　　(2)使用要求和特點(diǎn)

　�、偾袚Q動(dòng)作要求準確、可靠、靈敏、到位，不能有偏差。若閥門(mén)開(kāi)啟不準確，將會(huì )造成粉煤流紊亂、燒嘴跳車(chē)，還可能造成燒嘴燒壞的重大事故。

　�、诹魍ń橘|(zhì)為粉煤，開(kāi)車(chē)正常后該閥長(cháng)期運行，要求該閥抗沖刷能力強，不易被粉煤卡死。

2、粉煤三通閥使用故障分析

　　粉煤三通閥在運行過(guò)程中出現的故障主要包括閥門(mén)卡滯、動(dòng)作不到位或打不開(kāi)，修復后效果仍不理想，其主要原因如下。

　　(1)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，介質(zhì)會(huì )泄漏至閥體與閥塞之間的間隙內，由于閥塞是浮動(dòng)的，泄漏的介質(zhì)會(huì )逐漸向閥塞擠壓，導致閥塞偏離中心。而其執行機構的開(kāi)啟時(shí)間較長(cháng);閥門(mén)在運行一段時(shí)間后，閥體與閥塞之間全部充滿(mǎn)介質(zhì)，使得閥門(mén)扭矩越來(lái)越大，直至卡死。

　　(2)閥塞與閥體的間隙使用聚四氟乙烯進(jìn)行潤滑，但在溫度較低時(shí)，內襯聚四氟乙烯的潤滑性能下降，遇到粉煤侵入就會(huì )造成阻力大幅上升，導致了旋轉受阻�？刹扇〉拇胧┯校簩﹂y體和管線(xiàn)進(jìn)行保溫，使閥體內部的工作溫度達60°C以上，以保證聚四氟乙烯的密封性能;嚴格控制粉煤的粒度、含水量，避免粉煤侵入。

3、粉煤三通閥的國產(chǎn)化改進(jìn)和技術(shù)特點(diǎn)

　　原粉煤三通閥卡死的原因是由于閥塞的浮動(dòng)結構形式及其面密封的形式，而且進(jìn)口粉煤三通閥價(jià)格昂貴、制造周期長(cháng)、零配件供應不及時(shí)、維修不方便，一旦發(fā)生故障，將對裝置生產(chǎn)造成極大影響。鑒于此，柳化公司于2008年初選用國內某研究所生產(chǎn)的粉煤三通閥進(jìn)行國產(chǎn)化試驗。該閥投用后，使用效果得到明顯改善，運行至今一直未出現故障。2009年7月，參照國產(chǎn)化粉煤三通閥結構對1臺進(jìn)口粉煤三通閥進(jìn)行改造，將原浮動(dòng)球結構改為固定球結構，重新投用后也取得了比較好的效果。

　　國產(chǎn)化改進(jìn)后的粉煤三通閥具有如下的技術(shù)特點(diǎn)。

　　(1)采用變徑的銳角換向平行雙通道轉子技術(shù)，降低了換向流動(dòng)阻力，縮短了換向時(shí)間，可避免粉煤堵塞。

　　(2)采用固定式閥塞(非浮動(dòng))，閥塞兩端的轉軸分別通過(guò)套裝在轉軸上的軸承徑向定位于上閥蓋和下閥蓋的軸孔中，使閥塞不能徑向偏移，解決了浮動(dòng)閥塞易造成閥門(mén)卡死的問(wèn)題，確保介質(zhì)流向平穩切換而不會(huì )出現紊亂現象。

　　(3)閥塞軸向由抗磨止推墊定位，碟形彈簧補償止推墊磨損，對閥塞形成軸向頂推的可調彈性壓蓋。

　　(4)在閥塞流道進(jìn)、出口分別增設防塵密封圈，提高了閥門(mén)的密封性和閥門(mén)的密封等級，防止粉煤進(jìn)入閥塞和閥體間隙。

　　(5)執行機構選用快速進(jìn)排氣型、30°行程的大扭矩氣缸，并配用大流量、穩定可靠的電磁閥等附件，取消原變速箱;閥塞上軸直接與氣缸連接，縮短了閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間，確保閥門(mén)動(dòng)作到位、靈敏可靠，同時(shí)也減少了開(kāi)啟過(guò)程中介質(zhì)泄漏至閥體內，延長(cháng)了閥門(mén)的使用壽命。

4、結語(yǔ)

　　國產(chǎn)化改進(jìn)后的粉煤三通閥通過(guò)在柳化公司生產(chǎn)裝置的實(shí)際使用，證明其完全可以替代進(jìn)口閥門(mén)，不僅保障了Shell粉煤氣化裝置的穩定運行，而且大幅降低了采購成本。