高壓黑水調節閥失效原因分析及改進措施

趙常春

摘? 要：該文對煤氣化高壓黑水調節閥的使用狀況和結構特點進行了論述。通過調節閥內檢，對于腐蝕進行沖刷以及閃蒸破壞的情況和氣蝕情況進行了調研，提出采用閥內件構造的主要影響因素的分析方式，推出解決方案。

關鍵詞：高壓黑水調節閥? 失效原因? 改進措施

中圖分類號：TQ545 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（a）-0051-02

為了提高改進高壓黑水調節閥運行功能，對于連接方式等加以改進，在閥內件材料的抗沖蝕性能上，通過加大調節閥的開度，對于閥座結構與工藝方面的改善，最終提升了高壓黑水調節閥的使用壽命。

某石化公司采用煤氣化裝置，其進行氧化還原反應，在不可燃灰份和未燃盡的炭高溫作用下形成爐渣，經過激冷水浴和洗滌，在水蒸氣飽和的合成器送出情況下，使得氧氣和水煤漿進行氧化還原，達到1500℃的條件下時，壓力為6.5MPa。經過黑水調節閥的減壓，在進入高壓閃蒸系統之后，產生了熱量和灰水的回收。

1? 煤氣化高壓黑水調節閥的結構特點

對于煤氣化裝置，關鍵設備是要進行水循環系統和計劃流行的閃蒸構造的改善。例如，在高壓黑水調節閥腐蝕相很強的三相介質流動和壓力控制過程中，需要對高壓差進行設置。目前我國采用的城市產品上不多，一般為先進的國外公司產品，國際設備運行狀況較好，但是由于高壓黑水調節閥使用上的一些問題，維修成本較高，而且一旦發生故障，則容易帶來安全隱患。因此針對高壓黑水調節閥在使用過程中的故障進行原因分析，并提出改進措施，以提升煤化工裝置下的長周期經濟運行水平[1]。

高壓黑水調節閥的結構特點，高壓黑水閥調節閥影響底部產物，閥后壓力經過溶解之后，會出現大量酸性氣體，在黑水調節閥減壓之后送入高壓閃蒸罐，經過氣液兩相的分離，氣相為頂部產物，高壓黑水調節閥揮發組分較為富集，黑水大量氣化，此時在氣象中的分壓迅速降低，閥后壓力實現降低水中的酸性氣體溢出氣液，兩相在分離器中分開。

通過改進高壓黑水發調解法，采用了長彎腳式閥門，專門配備了灰水介質和黑水介質等固體雜質的控制設計方案。閥桿連為一體，閥芯和閥座以及出口流到選用實體碳化物材料，介質接觸部分的抗沖蝕能力。對于高壓黑水調節閥閥體材質進行了設置閥門維修和備件更換上導向套和較大直徑的發展設計，起到了一定的調節性和穩定性，有效解決了閃蒸工況下的筏竿高頻振動問題，而且將噪聲控制，滿足了較大的執行機構推力要求，為了避免高壓黑水，對高壓閃蒸罐的沖擊，緩解高壓黑水調節閥閃蒸氣，對高壓黑水調節閥高壓閃蒸罐的沖擊，在高壓黑水調節閥后面還設置了角閥酮體[2]。

2? 高壓黑水發體黑水調節閥的使用狀況

通過對黑水調節閥運行參數的獲取，對于多種粒子在介質流中的固體懸浮物的流量溫度壓力等的參數如表1所示。

分析發現，來自于氣化爐和洗滌塔內的黑水，在高溫黑水井壓之后瞬間會發生汽化，加劇對閥體閥內件以及相關附件的磨損和沖蝕。

經過多次事故原因分析，發現由于調節閥失效，導致了黑水閃蒸系統的臨時停車處理出現了狀況，調節閥功能下降沖蝕嚴重，是影響了煤氣化裝置的現場工作環境。

3? 黑水調節閥失效機理分析

沖刷腐蝕往往是由于腐蝕流體和金屬表面發生了金屬損壞的情況。材料的抗沖蝕性能，在循環系統中是一種較為普遍的腐蝕機理。對于介質流固相懸浮顆粒物的硬度形狀和大小數量等進行充實行為的處理，使得金屬表面氣液固三相介質流的循環系統發生了相應的沖蝕行為和閃蒸破壞，造成了高壓差情況下閥芯在很短的情況下出現了振動[2]。

這種振動包括了水平振動和垂直振動，流體的垂直撞擊和水平撞擊帶來了機械損壞和磨損，調節閥控制不可靠。在高壓差的情況下，給調節閥和管道的內表面造成了充實，使得液體溫度下相應的飽和壓力出現了。兩相流的破裂產生蒸汽形成閃蒸，而閥內件材料則會影響間隙流動，在高壓差強腐蝕和高含固顆粒介質下工作，變相發生了抗拉強度和硬度的變化，疲勞極限和抗腐蝕極限，強度都有所升高。調節閥的使用壽命和加工硬化性能都會受到影響。調節閥開度在小開度的情況下，高流速的流體對閥內件的沖蝕破壞較為嚴重，產生閥內的較高阻力，將導致閃蒸開度較大，則負荷也會相應增大。最大工況下閥門開度不超過90%，則會導致閥門可控性下降[3]。

4? 改進措施

（1）通過對閥內件材料的抗沖蝕性能的提升，對碳化鎢粉末進行篩選，提高硬度途徑。相對于國內的碳化物材料，國外的碳化物材料具有較強的沖殺能力，但是如果減少鈷含量，則容易導致碳化物的韌性受到影響。因此要提升碳化物零件的整體力學性能，就要采用性能良好的碳化物材料，例如，任性不發生改變，且具有一定抗沖擊能力、良好抗腐蝕性能的屬于較好的設備。

（2）對于閥芯形面和連接方式進行設置，采用實際流量特性曲線，小開度范圍內偏差，數據的計算，提高調節法運行穩定性，降低氣蝕和閃蒸的發生，確定高壓黑水角閥的流量特性，采用數據計算的方式，以對高壓黑水調節閥閥芯面數據進行復測，得到了調節閥閥竿和連接處的疲勞斷裂和脫落問題的解決方法，就是將閥芯擰入筏竿之后，用激光打出銷孔，提高連接強度，使得斷裂和閥芯破落的問題得到解決。

（3）增大調節閥的開度，便于操作穩定性，使調解法能夠在合理開度范圍內，通過額定cv值的調整達到最佳狀態。正常工作開度在50%～80%。加快故流行體介質對閥芯和閥座的充實以及損失，保證調節閥的穩定運行。流量特性曲線由線性特性改為拋物線特性，通過計算確定cv值，調節閥的開度范圍，正常開度為60%，而實踐證明有效避免調節閥開度過小，會提高其與使用壽命。對于文丘里閥座結構進行優化，按照重新計算的額定cv值，在不小于出口直徑7～8度的情況下，擴大直徑達到長度的65%，發作在擴散段上，通過增加文丘里擴散段材料厚度，以提高抗沖蝕的時間，實現長時間周期運行。由原先的2mm增加到6mm之后，使用壽命大大提升，抗氣蝕磨損能力也得到提升。

5? 結語

通過對工藝運行條件的改善，黑水調節閥的運行維護管理實現了高效和科學化，以防止閥體內機構堵塞和結構發生。利用調節閥要及時進行清理，對影響其使用壽命的關鍵因素應予以改進，將平均壽命予以提升，最終解決制約煤氣化裝置運行瓶頸的問題。

參考文獻

[1] 李聿營.高壓黑水調節閥失效原因分析及改進措施[J].大氮肥，2014，37（5）：299-302.

[2] 梁艷東.高壓調節閥閥座現場更換措施[J].設備管理與維修，2018（17）：48-49.

[3] 楊建江，李娟，周帆.異形高壓節流調節閥氣動載荷分析[J].科技風，2018（15）：134-135.