水煤漿加壓氣化合成氣放空壓力調節閥卡死故障原因及優化

許士科，徐洪法

(新能鳳凰〔滕州〕能源有限公司，山東滕州 277527)

新能鳳凰(滕州)能源有限公司(以下簡稱新能鳳凰)氣化裝置采用對置式多噴嘴水煤漿加壓氣化技術，采用氣流床反應器，以水煤漿和純氧為原料，在高溫(1 250 ℃)、高壓(6.5 MPa)、非催化條件下進行部分氧化反應，生成以CO和H2為有效成分的粗合成氣，粗合成氣經過激冷室除渣、旋風分離器除灰、水洗塔洗滌和減濕、灰水換熱等過程，水洗塔出口合成氣汽氣比約為1.4，含塵質量濃度<1 mg/m3(標態)，溫度為252 ℃。氣化爐投料初始階段，水洗塔出口合成氣組分指標很難控制，特別是含汽、含塵及含灰指標往往超標。合成氣放空壓力調節閥位于渣水處理工段，安裝于水洗塔出口合成氣去火炬排放管道上，屬于關鍵調節閥，其在氣化爐投料升壓、對單臺氣化爐泄壓、保壓運行、停車放空及氮氣置換的工藝操作環節中，承擔背壓調節、控制系統壓力、安全放空等關鍵作用。

1 調節閥故障及處理措施

新能鳳凰采用的6只合成氣放空壓力調節閥均為套筒閥，每臺氣化爐配置2只調節閥，規格分別為Φ203.2 mm 900LB調節閥(PV1301A/C/E)和Φ406.4 mm 900LB調節閥(PV1301B/D/F)。2只調節閥實現分程控制，即在氣化裝置升壓時先緩慢關閉調節閥PV1301B，當調節閥PV1301B全關后再緩慢關閉調節閥PV1301A，即完成了氣化裝置的升壓。當氣化裝置泄壓時，首先緩慢打開調節閥PV1301A，當調節閥PV1301A全開后再緩慢打開調節閥PV1301B，即完成了氣化裝置的泄壓。合成氣放空壓力調節閥自2009年12月投運的2年內，流經介質不潔凈、工藝不穩定等原因造成3只大口徑調節閥(PV1301B/D/F，以下簡稱大調節閥)運行過程中常出現調節閥振動、卡死等故障。

大調節閥出現振動、卡死等故障對氣化裝置的危害十分嚴重，大調節閥振動導致閥位波動，給工藝操作人員的控制操作造成不利影響。氣化裝置開車初期，大調節閥的閥位處于全開狀態，在氣化裝置升壓時，大調節閥要緩慢持續關閉，氣化裝置開始逐漸升壓，就在這個升壓的關鍵時刻，經常出現大調節閥卡死故障，只得被迫停單系統進行檢修。如果大調節閥出口截止閥出現返回流現象，必須被迫全系統停車檢修。如果在氣化裝置泄壓時大調節閥卡死，就只能用小口徑放空調節閥(PV1301A/C/E，以下簡稱小調節閥)進行氣化裝置放空，進而延長了氣化裝置的放空時間，同時延長了檢修時間或者正常倒爐時間。

合成氣放空壓力調節閥發生卡死故障后，采用的措施是停車拆卸閥芯，取出套筒，用手電鉆鉆孔清垢，再用細砂紙打磨結垢。此方法可能損傷套筒內外密封面和套筒流通孔的截面。大調節閥的清垢工作由于流通孔較多，且要求小心謹慎保護套筒表面，較為復雜困難；另外，由于調節閥質量較大，位于渣水四樓上且無吊裝支點，給拆卸工作帶來較大困難。

2 調節閥故障原因分析

根據大調節閥的結構特點及使用積累的經驗，分析調節閥出現振動、卡死等故障的可能原因歸納如下。

(1) 按調節閥選用原則，套筒式結構調節閥適用介質清潔、不含顆粒的場合，而合成氣成分非常復雜并含有煤灰等顆粒，并且這些顆粒狀物質容易結晶，這些顆粒狀物質往往卡在套筒與閥芯間隙中，進而造成調節閥卡死。

(2) 合成氣放空壓力調節閥一般處于關閉狀態，造成合成氣中的雜質淤積在套筒導向間隙內，進而形成固態碳；當氣化爐壓力發生變化需要調節閥動作時，往往無法正常調節。

(3) 氣化裝置開車初期，合成氣放空壓力調節閥處于全開狀態；由于開車初期合成氣介質較臟，且含有固態顆粒(有時有細小鐵絲)，還有瞬時熱脹冷縮現象，容易造成調節閥卡死故障。

(4) 調節閥振動主要是由于調節閥在某一開度范圍時，其固有振動頻率接近系統的振動頻率，形成共振而造成的。

(5) 調節閥閥前壓力為6.60 MPa(絕壓)、閥后壓力為0.30 MPa(絕壓)，調節閥關閉差壓為7.20 MPa。

綜上所述，套筒式調節閥結構不太適用于合成氣系統的調節。事實上，其他同類企業氣化裝置也發現同樣的問題。

3 高壓偏心旋轉調節閥主要優點及應用

高壓偏心旋轉調節閥的主要優點：①偏心旋轉閥閥芯閥座只有在密封時才接觸，一旦動作，馬上脫開，有效避免了卡死故障；②偏心旋轉導向部分，采用封閉式結構，保證了調節閥動作的可靠性；③閥體結構簡單，流道通暢，不會造成雜質沉淀，也易于進行硬化處理；④高壓偏心旋轉調節閥閥體可調比是套筒閥的2倍，固有振動頻率與套筒式完全不一致，保證了調節閥調節的平穩性；⑤大功率執行機構及高強度的零件設計，保證了調節閥具有很高的使用壓差；⑥采用法蘭式結構的偏心旋轉閥結構輕巧，十分便于安裝拆檢。為此，建議將大調節閥改為高壓偏心旋轉調節閥。

考慮到調節閥數量較多，全部更換費用較高，先在1套氣化裝置上改造，且有2只口徑不同的調節閥分程使用。2013年7月，購買了1只壓力等級為ANSI900、DN 400 mm的法蘭式氣動偏心旋轉調節閥。2013年7月更換使用3年來，效果較好，調節閥運行穩定，沒有出現過振動及卡死等任何故障，消除了由此帶來的安全隱患，保障了氣化裝置開停車的順利進行，確保了生產系統的安全穩定運行。

4 結語

在水煤漿加壓氣化工藝系統中，合成氣放空壓力調節閥起到了關鍵的調節功能，其動作響應速度和穩定可靠性關系著生產系統安全穩定運行及設備人員的財產生命安全。高壓偏心旋轉調節閥可以解決在開停車過程中出現的卡死故障，減少了停車檢修的現象發生，從而保障了氣化裝置安全穩定運行，其在此工藝環境中將會得到越來越廣泛的運用。