盘阀在煤气化装置中的应用及故障分析

王世杰

(河南能源化工集团中原大化集团公司，河南 濮阳 457004)

1 盘阀的工业应用

河南能源化工集团中原大化集团公司使用Shell工艺煤制气生产甲醇，其中在煤气化装置煤粉下料、灰系统及渣处理单元广泛应用了盘阀。

2 盘阀的结构特点

盘阀采用平面密封的基本机理，理论上具有比曲面密封优越得多的密封性，它依靠阀盘在阀腔内的转动实现对流通通道的打开和切断，阀盘在阀腔内转动时，阀盘本身也在自转，这样的自转有两个明显的优点，一是阀盘每次切割物料的点都不同，其磨损和冲刷都很均匀；二是阀盘的自转是良好的自研磨过程，对于阀盘和阀座是很好的补偿，因此盘阀是一种在开关过程中可以对其密封面进行动态修复的阀门，这是其他任何结构的阀门所不具备的特点。

图1 盘阀剖面图1、阀体；2、阀杆；3、填料；4、摇臂；5、阀座；6、吹扫法兰；7、阀盘。

盘阀在开关过程可以不断剪切与清扫在工艺过程中有可能堆积在阀腔内的介质，且全通径、具有宽大的密封面的阀门，其密封面是完全垂直于流线方向，阀盘的运动不会象球阀那样急剧地改变流线的方向从而导致对密封面或者是阀内件的剧烈冲刷，因此盘阀的结构大大减少了物料的冲击力从而减少了冲蚀，使其具有良好的密封性。

盘阀的阀杆结构也不象球阀那样受到很大的扭转力和拉力，所以阀杆的使用寿命也得到延长。其中阀杆的作用主要是连接驱动装置与阀盘，所以只需要承受驱动装置对它的推力和拉力，所以阀杆的摩擦损耗很小。

3 盘阀在煤气化关键部位的应用

Shell煤气化工艺属加压气流床气化工艺。粉料的处理和输送大量地采用了锁斗技术。首先煤粉加压输送系统之前，原煤经U1100磨煤干燥系统(CMD)处理后，依次经过常压粉煤贮罐、煤粉锁斗及煤粉给料仓，而后由高压氮气将粉煤送至气化炉。在煤粉的输送过程中，煤粉下料阀的开关性能及密封性能，直接影响着煤粉输送单元及气化炉的正常运行。

图2 煤加压给料系统示意图

按照壳牌原设计安装的是进口硬密封浮动球阀的双阀组(Argus公司产品)。在系统运行过程中，由于煤粉锁斗和煤给料仓之间压差较大，加上原料煤煤质问题，系统需顺控频繁开关球阀排堵。但由于煤粉硬度高、粘性大的原因，阀球容易被煤粉包裹，频繁开启极易破坏金属密封及阀球，在高压差、高冲刷工作环境下，阀门会发生内漏，导致双阀组之间憋压，出现卡涩、无法打开等问题。内漏后，漏进双阀组之间的粉煤又进一步增大了阀门的磨损程度，使阀门的使用寿命缩短，严重影响系统长周期运行。此外，阀门内漏还可能造成煤给料仓压力波动，致使煤粉管线波动，气化炉炉温频繁波动，严重影响煤烧嘴的使用寿命，也会对气化炉内件造成损害。开车以来，阀门更换频繁严重影响生产。经论证后，煤粉下料单元的锁斗阀、平衡阀首先改为使用国产安特威公司生产的盘阀。

4 盘阀实际运行过程中的故障分析

2010年7月中原大化公司将V1204、V1205之间的下料阀12XV0131/132改造为盘阀，并且自带反吹阀。目前为止，该两个阀门运行正常，未出现过开关不正常的问题。之后灰系统下灰阀15XV-0002/0003等共更换了14台盘阀，其中双盘阀6台。在运行过程中也出现了一些故障，有的是设计的缺陷，有的是操作的失误，在使用过程中我们体会到了他们的优点，同时也发现了有些不足之处，现结合生产中遇到的问题分析如下

4.1 14XV-0009/0010在停车检修期间打不开

14XV-0009/0010为渣排放双盘阀，生产无故障，但是在装置停车时，联校阀门却发现该阀打不开，检查电磁阀信号正常，气路切换也正常，盘阀打不开的原因很可能是阀间和阀腔内憋压造成，由于该阀在开关动作时都要吹冲洗水，防止物料堆积，在正常生产时，因为渣收集槽V-1402和渣排放罐V-1403中都有压力，当阀门动作时，反吹冲洗水阀打开，阀间和阀腔内因为冲洗水的原因，内也有一定的压力，这个压力和设备内的压力几乎一样，故在正常生产中这两个阀并不存在憋压现象，能正常开关。在装置停车期间，由于设备内几乎常压，当开关阀门时，冲洗水阀开阀吹扫，从而使阀间和阀腔内憋压，导致打不开。

改造措施：在冲洗水阀进吹扫法兰口间加一个倒淋，当阀由于憋压打不开时，将倒淋打开泻压，从而使14XV-0009/0010开关动作正常。

4.2 15XV-0002/3开不到位

气化装置中的15单元是灰处理单元，由于灰的粘性很大，该单元下灰阀原选用浮动球阀很容易由于灰堆积造成阀门打不开，鉴于盘阀在12单元和14单元运行比较稳定，将15XV-0002/0003也更换为盘阀，但是在正常生产中经常出现阀门开不到位的现象，由于设计差压小，该阀刚开始时反吹口没有加反吹阀门，只是在该阀开不到位时，人为的将反吹截止阀打开，进行氮气吹扫后该阀能开到位，但是该阀门是下灰阀门，动作较频繁，又由于物料灰的粘性很大，时间长了就很容易堆积管道，严重到使该阀打不开，我们检查反吹氮气管道也由于灰的堆积导致反吹氮气管道堵塞，最后疏通反吹氮气管道并加一个反吹氮气两位阀，在阀门开关时都进行吹扫，从而避免了灰的堆积，使该阀动作正常。

4.3 15XV-0006打不开

15XV-0006采用的是DD型双阀盘，双向密封的盘阀，该阀曾出现过打不开，导致阀杆断裂；此种情况经分析也是由于憋压造成，故在反吹氮气管线另一端又增加一个泻压阀，当15XV-0006打开之前先开泻压阀进行泻压，再开阀门，至今该阀运行正常。

4.4 15XV-0015/0115/1006

这三个阀门分别位于下灰系统的靠下方，压力相对较低，15XV-1006几乎接近常压，这三个阀门都没有带反吹，故在生产一段时间后会出现阀门不到位的情况，由于这三个阀门所在管道内的压力不大，在遇到阀门不到位的情况时，我们在附近接仪表风在法兰口进行吹扫，吹扫后阀门开关正常，这三个阀门有一个不足之处是，从外观看不出阀门的开关状态，只能从主控显示知道，这样很不方便。需增加阀门附件。

4.5 11XV-5292

该阀门为石灰石系统下料阀，原为插板阀。石灰石由于水分、粒径等原因堆积经常板结打不开，需要现场手动处理，改用DN300的单盘阀以后，运行正常。自带反吹阀氮气反吹阀11XV-5292F，如图3中吹扫孔在阀门两侧，中间有盘管连接。在正常操作中，鉴于上述盘阀故障原因规定反吹操作如下。反吹时，在下料后阀门关闭时，打开反吹阀，关闭环管截止阀，打开泄压阀，进行吹扫。每间隔一分钟，关闭泄压阀一次，目的是靠反吹氮气在阀腔形成憋压冲击阀腔内积的石灰石，把灰带出阀腔，直至吹扫出的石灰石量明显下降为之，然后打开截止阀，关闭泄压阀，吹扫结束。

图3 石灰石系统下料阀

在中原大化的盘阀应用中，设计时由于考虑到阀间差压较大，煤粉的冲蚀严重等问题自带了反吹阀。但在低差压的阀门中没有考虑到反吹的问题，造成阀门卡涩、憋压打不开。盘阀由于其设计原理在正常运行时不容易产生憋压打不开等问题，但在停车时，设备不带压，由于阀门密封性好，阀内压力造成阀门打不开的问题也要考虑到。

瑕不掩瑜，经过几年的生产实践，锁斗阀的国产化改造是成功的。除去盘阀的本身设计优势，在采购价格方面，盘阀为国产设备，其价格也远低于进口球阀，国产盘阀在Shell煤气化装置的使用，解决了Shell工艺设备上的缺陷及不足，为煤气化装置的长周期运行提供了保障。随着国内Shell煤气化装置运行时间的延长，部分关键设备到了故障高发期，国产设备的替代对节约资金非常明显，Shell煤气化工艺中关键设备的国产化是国内发展的一大趋势。

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