shell煤气化装置锁灰阀的应用及气缸改进

　　简述shell煤气化装置开车运行中锁灰阀出现关不到位、阀塞、和阀座卡死等问题，介绍该阀的主要技术规格和故障分析以及对气缸控制气路改进，设备运行稳定，节约了生产成本。

　　贵州天福化工有限责任公司(以下简称天福公司)是贵州首家煤化工企业，主要生产300kt/a合成氨、200kt/a甲醇和150kt/a二甲醚，气化装置采用shell工艺，15单元锁灰控制阀(介质为飞灰+氮气)自2010年开工以来，因该阀频繁出现关不到位、阀卡、阀座卡死等问题，无法及时将灰从中间飞灰贮罐送到吹灰器，造成多次降负荷生产，甚至装置被迫停车，严重影响了装置的正常运行。

1、15单元锁灰控制阀的主要技术规格

　　该阀门选用美国Kinder公司生产的KBLV-2T-F8型金属密封开关球阀(三段式固定球结构)。阀门操作/设计压力：0.8/10MPaG；操作/最高设计温度：250℃～300℃;连接形式：8"ANSIClass150、RF;泄漏等级：双向ANSICLASSV，防火、防静电设计。阀体材质为A216WCB;阀球、阀座材质为316SS+TC，采用超音速喷涂技术，涂层厚度不低于200μm，表面硬度最高达72HRC，具有良好的结合力，确保永不脱落和极好的耐磨性，同时具有良好的耐腐蚀性;阀杆材质为316SS+HCr，表面作镀硬铬硬化处理，加强性设计，阀杆直径加粗约10%;阀座弹簧(多个螺旋形式)材质为InconelX750，确保温度变化产生大温差不会出现报死现象;填料/填料环：石墨，满足高温工况的要求。执行机构选用Ro-tex(DRC400E-6)产品，气动执行机构均满足0.5MPa的供气压力，安全系数为1.3倍。执行机构为活塞式单作用弹簧复位执行机构。该阀门执行机构扭矩数据如下表1。

表1 阀门扭矩数据

2、故障现象原因分析

　　经判断，认为导致15单元锁灰控制阀的阀门不能正常开关的原因有大致以下几点：(1)气源推动力低达不到额定值;(2)信号故障;(3)阀体和执行机构机械故障;(4)扭矩力不够;(5)执行机构的弹簧力不够;(6)工艺操作条件(阀前压力0.01MPa关闭压差0.8MPa温度250℃～300℃)不能满足;(7)阀球和阀座受损坏导致卡塞等等。为此，在生产与检修过程中对上述原因进行逐一排查，气源压力0.5～0.6MPa正常;DCS系统到阀门电磁阀上的信号无错误;阀体和执行机构机械部分正常;对阀门进行解体后，发现阀球和球座并未有受损现象;工艺条件满足，不可能导致阀门不能关闭;从扭矩方面来看，根据该阀门的扭矩数据表可知，该阀门的扭矩放大倍数为1.3，而该阀门失气时阀门状态为FC状态，气开形式，弹簧复位(靠弹簧力去关闭阀门)，除去以上几种情况，通过计算要使阀门关闭需2423(N·M)的作用力，并用扭矩扳手多次实验，从扳手上可以得出需要加345(N·M)的作用力，阀门开关才能运行正常，最终得出了导致阀门不能关闭的原因是执行机构弹簧力不够。气缸弹簧力计算见图1。弹簧常数：以K表示，指当弹簧被压缩时，每增加1mm距离的负荷(kgf/mm)。

　　式中：G-线材的钢性模数;d-线径;D2-外径;D1-内径;D-中径=D2-d N-总圈数;NC=有效圈数=N-2

图1 气缸弹簧力计算图

3、改造方案和实施

　　根据上述原因分析，提出2种解决弹簧力不够方案：(1)更换弹簧，增加弹簧力;(2)改造执行机构作用。若更换弹簧，通过计算需增加2个弹簧相应增加气缸长度，投资大，需0.6万美金，且订购供货周期长，同时在线更换也存在很大的安全风险，严重影响了装置长周期运行;若改造气缸控制气路，只需一个锁止阀、快速排气阀和少量的管件，方便、可行、简单。投资少只需要2000元人民币，无安全风险。气缸控制气路未改进和改进后的示意图见图2、图3。

图2 气缸控制气路未改进示意图

图3 气缸控制气路改进后示意图

4、改造实施后的效果

　　通过对气缸控制气路进行改进，15单元锁灰控制阀从2010年2月改造至今，该阀门既保留单作用的特性，又发挥了双作用的优点，运行非常正常，从未出现任何故障，设备运行稳定，节约了生产成本。

5、结语

　　根据对15单元锁灰控制阀的技术改造实施后运行效果，对煤气化装置出现相同故障的阀门如：控制V-1301的超高压氮气的阀门也进行了同样的改造。经改造后的阀门投用半年以来，至今未出现任何故障现象，不仅保障了shell煤气化装置的稳定运行，而且节约了生产成本。