煤气调节阀卡涩原因分析及改进
1、引言
日照钢铁有限公司动力厂煤气综合利用发电车间现有8台50MW高炉煤气发电机组，总装机容量400MW，是目前国内冶金企业规模最大的高炉煤气综合利用发电厂，配套8台220t/h锅炉，锅炉的燃料就是炼铁生产过程中的剩余煤气。为了实现对煤气管网压力和发电负荷的调节，每台锅炉设计有8台煤气调节阀，调节阀直径800mm。阀门工作原理比较简单就是执行机构接受DCS发出的4~20mA电流信号，经过阀门定位器将电信号转换为气压信号，推动活塞气缸动作，从而带动蝶阀阀板动作，改变阀板截流面积，达到调节介质流量的功能。但是在实际使用过程中煤气调节阀各类故障较多，从2010年度检修车间维修记录来看，共计处理煤气调节阀故障问题98台次，其中仪表信号、定位器问题8次，机械卡涩90台次，机械卡涩中仅有3次是填料压盖处过紧，其余的均是在前后轴套处卡涩。
以前一旦出现调节阀问题，往往是工艺人员从DCS监控画面发现调节阀的指令与反馈值不对应，联系热工仪表人员，仪表人员检查信号、线路、都正常，再联系机械维修人员将气动执行机构与阀体部件分离，在不带蝶阀阀板的情况下，发出信号与执行机构转动机械位置是一致的。机械人员的处理办法主要是在填料压盖处喷除锈剂润滑，人工加上管钳在轴上加力配合，反复活动。卡涩比较厉害的就用气焊烤轴套处，再严重的就需要停炉在管道上开人孔，大锤敲击阀板，仪表人员配合加大气动执行器气源压力，现场手动控制阀门定位器，协助强制活动阀门，但是以上办法只能解决一时，治标不治本，使用2~3个月后会继续出现阀门不灵活或者卡涩现象。
2、原因分析
我们总结多年使用调节阀的经验，经过细致的研究，总结出造成调节阀卡涩的原因有如下几方面。
2.1、安装方式不合适
现在大都是垂直、正立安装在水平管道上(阀板轴垂直水平面)，这种方法是保证执行机构在煤气管道的上部，但是阀的后轴处于管道底部，煤气管道中的水分、杂质等就会落到或淤积于后轴承处，日久天长将空隙填满，造成腐蚀卡住阀轴。
2.2、设计结构不合理
经过历次解体维修发现，阀板驱动轴的轴套与阀体的间隙处被一些异物充满，有泥渣、水、锈蚀等结垢。而且原设计的轴套长度太大，调节阀的前后轴轴套部位承受阀轴来回转动的摩擦力，随着运行时间的延长，煤气中的粉尘，管道的锈蚀杂质等就容易进入轴套间隙，增大自身转动阻力，逐渐积累的混合物就会将空隙填满，将阀轴、轴套和阀体固化在一体，阻碍阀轴的灵活转动。
2.3、煤气腐蚀
目前国内所有钢厂高炉煤气管道都存在着严重的腐蚀现象，煤气管道受到较强的腐蚀，主要表现在补偿器会经常洞蚀开裂，管路上煤气泄漏、管线上的阀门、减压阀等部件由于腐蚀无法正常运行，高炉煤气的腐蚀性给设备运行和煤气管道带来了严重的安全隐患。
我们的煤气管道同样也存在局部腐蚀透漏气和补偿器波纹管处洞蚀滴水的现象，由此可知对阀门影响也是很严重的，为了对煤气腐蚀情况进行分析，我们在发电车间的两路煤气管道处分别取煤气样进行分析化验。
表1 高炉煤气中的成分分析 %VOL
高温的H2、CO、H2O等对钢铁亦有相当的腐蚀，由于煤气中含水，特别是发电系统一般都在整个煤气管网的后面或者末端，管道中有着数量较多的冷凝水，经过检测日钢电厂煤气管道中凝结水pH值在5~6左右，电导率在2762μs/cm，此外含有大量铁离子、氯离子、硫酸根离子。部分资料显示Cl-和SO42-诱发应力腐蚀，就煤气管道和设备的腐蚀形态而言，主要是非均匀腐蚀，其具体表现形态为：(1)垢下腐蚀，又称缝隙腐蚀;(2)斑点腐蚀;(3)点腐蚀;(4)磨损腐蚀;(5)应力腐蚀。冷凝水的存在对管道具有一定的腐蚀性，电导率越高腐蚀速度越快。煤气介质脏污及腐蚀的特点是造成阀门卡涩的主要诱因。
2.4、使用不当
由于目前煤气调节阀没有投入闭环自动调节运行，阀门依靠运行人员人为通过DCS设定开度进行调节，有时负荷比较稳定，阀板长时间处于某一固定的角度，不经常活动，也容易造成阀门的动作不灵活。
3、改进措施
3.1、安装方式
安装方式由垂直安装改为水平安装。避免介质中杂质、水分和污垢在重力的作用下沉积到轴套间隙处。
3.2、降低煤气酸性
由于煤气酸性对整个煤气管道系统、大型阀门、补偿器等危害较大，已引起公司高层领导的关注，公司采用了在TRT入口处煤气管道处加喷碱液中和的办法，经过对发电煤气管道中冷凝水取样分析得知其pH值为6左右。
3.3、对设计不合理的轴套部分进行改进
将轴套尺寸缩短，前轴套长度由400减为200，后轴套长度由800减为200。材质方面由不锈钢，根据JB/T1759-2010，改为可铸铜铜合金，牌号为：ZCuSn10Pb1。即使出现缝隙内部轻微结垢现象，由于轴套长度大为减少，所以摩擦力就相应减少了1/2到3/4，阀门动作相对就容易很多。同时也将此项改进建议无偿提供给供货厂家，以后再提报此类阀门备件时，要求厂家按照我们的要求定做。
检修检查中还发现，阀轴上部填料压盖过紧，个别的填料压盖螺丝因扭矩过大断裂。通过机加工重新加工压盖时，适当增大间隙，间隙处用黄油灌满，防止漏煤气。
3.4、工艺方面
改进工艺规程，要求司炉人员每班对所有煤气调节阀进行活动试验，并做好表格记录指令与反馈值，防止阀板长时间固定在某一开度下，造成结垢固化抱轴。
3.5、维修策略方面
购置4台备用调节阀，采用替换轮流维修法，就是一旦有停炉机会根据工艺人员活动试验情况，找出卡涩最严重的阀门，进行更换。下线的调节阀进行解体检修改进后，润滑保养备用，以节省停炉时间。
3.6、润滑维护方面
每月对在线运行的煤气调节阀填料压盖，前后轴处加油润滑，做好设备的点检，及时了解设备运行状态。仪控人员做好控制部分(阀门定位器)设备的防雨、防腐，定期检查气源压力，各气源连接部分有无堵、漏现象，及压缩空气品质。
另外适当提高压缩气源压力，增大执行机构的输出力。仪表人员通过调节定位器前的减压阀，将压力稳定在0.5MPa左右。每次有停炉大修机会安排清理管道内的淤泥、杂质碎片等，以减少磨损腐蚀。
4、实施效果
通过制定修改工艺规程，使操作人员也时刻关注调节阀的运行状态，达到了全员管理设备的目的，实际上也是状态维修模式的一个尝试。改进后减少了维修量，维修周期平均由原先的2~3个月延长到6~8个月，维修工人的劳动强度大大降低，关键是保证了调节阀的灵活、可靠，为锅炉安全稳定运行提供了设备保障。此种解决办法还可以推广到煤气管道上的其他大型阀门。
