蒸汽管网放空阀技术改造

蒋化勇，赵艳波，束金洪，张庆忠，苗同立

(兖矿新疆煤化工有限公司，乌鲁木齐830011)

兖矿新疆煤化工有限公司公用工程热电装置中9.8MPa蒸汽主要用来为热电2台2.5MW汽轮发电机组和1台8×104M3空分压缩机组汽轮机提供动力。2台9.8MPa蒸汽管网放空阀分别在空分压缩机组汽轮机冲转过程中起压力调节的作用和紧急停车时起快开放空泄压的作用，对空分压缩机组的安全运行至关重要。

在空分压缩机组试车期间，这2台阀门先后出现喘振、泄漏等现象，影响到空分压缩机组无法冲转开车以及后续系统化工装置的运行。

1 改造前放空阀状况

1.1 阀门故障现象

阀门的喘振区域在阀门开度的15%～30%。随着喘振时间的增加，喘振区域越来越大，达到开度的15%～75%，内漏量也随之越来越大，导致阀门出现了卡塞现象。

1.2 故障原因分析

1.2.1阀门泄漏原因

1) 由于阀门工况比较恶劣，介质为9.8MPa， 545℃的高温高压过热蒸汽，阀门开启时放空，前后压差为9.8MPa，对阀座密封环、阀芯与阀座的密封面、阀芯与内套筒之间的冲刷严重，使各密封面以及滑动部件受到损坏，产生内漏。

2) 正常工况下，2台阀门处在关闭状态。试车期间，空分压缩机组频繁冲转、跳车，对阀门使用频繁，放空时间长，加重了对阀门的冲刷。

3) 阀座密封环是通过填料压紧的，当阀座密封环受到冲刷，造成填料松动，再加上阀门喘振来回冲击，致使阀杆填料泄漏，同时使内套筒在阀腔内产生一定的间隙，内套筒与阀座之间松动，阀座密封不严，产生内漏。

1.2.2阀门喘振原因

通过对阀门泄漏原因的分析，可以看出由于阀座密封环无法压紧导致内套筒在阀腔内产生一定的间隙，是导致阀门泄漏的主要原因。由于高压差的介质侧向作用在阀芯上，会产生一定的偏向力，加上阀芯金属环使用的是活塞环结构，导致阀芯金属环与内套筒内壁之间产生很大的摩擦力，从而在阀门动作过程中，阀芯有带动内套筒活动的趋势，加上内套筒是靠填料压紧的，压紧力不足，因此导致了内套筒的活动间隙。在小开度下，由于阻塞流严重，压力不稳定，这种现象更加明显，因此导致了阀门的喘振现象。

2 改造方案

2.1 阀芯金属环改造

由原来的涨环改造成对开环结构，厚度方向和阀芯槽保留间隙(只考虑热膨胀即可)，材料继续使用Inconel X-750合金。采用对开环结构，能够避免涨环结构因安装问题引起的形变，同时能够避免涨开环结构因高压蒸汽的冲刷引起的弹性形变对内套筒的摩擦。

2.2 密封形式改造

通过对阀门喘振及泄漏原因的分析，可以发现阀门的密封形式是阀门喘振的最主要的原因，因此，密封形式的改造是阀门改造的关键。取消四分环结构，由原来的提升外套筒预紧，改为由上阀盖直接压紧的形式(如图1所示)。这样，不仅阀盖自密封环能够压紧，同时，外套筒通过内套筒压环压紧内套筒，内套筒再通过阀座压紧阀座密封环，使得内、外套筒，阀座及阀座密封环层层压紧，从根本上消除了原来的密封形式引起的阀内件松动的现象，避免了阀门产生喘振。

图1 阀盖自密封结构示意

2.3 大阀芯改造

大阀芯外圆在阀芯金属环和阀芯密封面处设计1个大的环形槽(如图2所示)，增大介质进入到阀芯与套筒之间的面积，从而快速地使介质在阀芯槽内平衡，减少了高速介质对阀芯的冲击，从而降低了阀芯的振动和侧向不平衡力，减少了对阀芯金属环与套筒内壁的摩擦和破坏。并且阀芯底部从原来的直接过渡改造成调节曲线设计，这样在同样放空量情况下，提高了大阀芯的开度，提高了调节稳定性，避免了出现喘振现象，尤其是在小流量放空的情况下。

图2 大阀芯改造示意

2.4 阀座结构改造

在阀座底部设计1个密封环槽(如图3所示)，使得密封环放入阀座后，有很好的外径导向，避免了阀座密封环在装配和使用过程中的径向窜动，从而避免出现了阀座密封环处的泄漏；另外，由于有了阀座的保护，减少了介质对密封环的直接冲刷和破坏，从而延长了阀座密封环的使用寿命。

2.5 执行机构改造

2台放空阀通过气路改造，其中一台继续使用气动执行机构，以便能够实现快开功能，另一台只保留阀门的调节功能。为保证阀门的精确定位，避免因气动元件引起的喘振现象，选用电动执行机构，以满足放空阀压力调节的需要。

图3 阀座结构改造示意

3 改造实施情况

空分2台放空阀改造后，自2013年1月投用以来，2台放空阀调节灵活、运行稳定，喘振现象消失，并且关闭时零泄漏，保证了空分系统的顺利冲转和长周期安全、稳定运行。

4 经济效益

空分装置作为整套煤化工装置的关键装置，是各化工装置安全生产的保证。空分2台放空阀的安全稳定运行，保证了空分装置的长周期安全稳定运转，带来了巨大的经济价值并保证了整套煤化工装置的试车顺利进行，并实现了该公司600kt/a醇氨联产项目稳产、达产的目标，创造了1260t/d甲醇，1700t/d尿素的记录。

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