粉煤三通閥在Shell粉煤氣化中的應(yīng)用及國產(chǎn)化改進(jìn)

粉煤三通閥（又稱粉煤換向閥）是Shell粉煤氣化工藝的關(guān)鍵控制設(shè)備之一，安裝于氣化爐燒嘴前，用于控制粉煤在循環(huán)管道與投煤管道之間切換流動，將粉煤輸送至氣化爐燒嘴。通過閥門的介質(zhì)是由4MPa氮?dú)廨斔偷牧６葹?.05~0.10mm的粉煤，操作溫度為80e，閥門zui大允許關(guān)閉壓差達(dá)5.8MPa。廣西柳州化工股份有限公司（以下簡稱柳化公司）在Shell粉煤氣化裝置中使用的粉煤三通閥系從國外進(jìn)口，自2007年初開工以來，在使用過程中頻繁出現(xiàn)閥門開關(guān)不到位、閥塞和閥座卡死等問題，無法及時(shí)將粉煤輸送至燒嘴。而該粉煤三通閥的生產(chǎn)廠家在國內(nèi)無服務(wù)中心，備件準(zhǔn)備和閥門維修滯后，同時(shí)在線檢修更換也存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際運(yùn)行中，因該粉煤三通閥故障曾造成多次降負(fù)荷生產(chǎn)，甚至裝置被迫停車，嚴(yán)重影響了裝置的正常運(yùn)行。

粉煤三通閥在Shell粉煤氣化中的應(yīng)用及國產(chǎn)化改進(jìn)

1 粉煤三通閥的工作原理和特點(diǎn)

粉煤三通閥由閥體和閥塞組成，閥塞上有1個(gè)入口和2個(gè)出口，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1。正常運(yùn)行時(shí)，使用直通出口向氣化爐燒嘴管線輸送粉煤；系統(tǒng)開、停車時(shí)，使用旁路出口使煤粉經(jīng)循環(huán)管線返回粉煤倉。由于開啟和關(guān)閉位置之間的角度為30b，行程較短，閥門啟閉時(shí)間很短，對管線造成的流量擾動小，可以保證開、停車過程的平穩(wěn)性。

圖1 粉煤三通閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

粉煤三通閥采用浮動式圓柱面閥塞，其密封形式為面密封，密封等級為IV級。閥塞有2個(gè)平行的呈微小錐形的流體通道，閥體進(jìn)口端尺寸略大于閥塞出口端尺寸，閥體進(jìn)口端與閥塞之間有0.1mm的間隙。閥門工作時(shí)，介質(zhì)的壓力將閥塞推向閥體出口端，主要利用閥體進(jìn)口端尺寸略大于閥塞出口端尺寸進(jìn)行密封，閥門動作需要較大的扭矩，其配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)90°執(zhí)行器和1：3變速箱，其目的是通過增加閥門的開啟時(shí)間來增大輸出扭矩。

（1）工作原理

閥體和旋塞精密配合，旋塞上設(shè)平行雙通道，由氣缸驅(qū)動作30°回轉(zhuǎn)。氣缸失電失氣時(shí)，燒嘴管線關(guān)閉，循環(huán)管線接通（圖2）；氣缸得電得氣時(shí)，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動30°，燒嘴管線接通，循環(huán)管線關(guān)閉（圖3）。

圖2 氣缸失氣（燒嘴管線關(guān)閉，循環(huán)管線接通）

圖3 氣缸通氣（燒嘴管線接通，循環(huán)管線關(guān)閉）

（2）使用要求和特點(diǎn)

①切換動作要求準(zhǔn)確、可靠、靈敏、到位，不能有偏差。若閥門開啟不準(zhǔn)確，將會造成粉煤流紊亂、燒嘴跳車，還可能造成燒嘴燒壞的重大事故。

②流通介質(zhì)為粉煤，開車正常后該閥長期運(yùn)行，要求該閥抗沖刷能力強(qiáng)，不易被粉煤卡死。

2 粉煤三通閥使用故障分析

粉煤三通閥在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障主要包括閥門卡滯、動作不到位或打不開，修復(fù)后效果仍不理想，其主要原因如下。

（1）閥門開啟時(shí)，介質(zhì)會泄漏至閥體與閥塞之間的間隙內(nèi)，由于閥塞是浮動的，泄漏的介質(zhì)會逐漸向閥塞擠壓，導(dǎo)致閥塞偏離中心。而其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開啟時(shí)間較長；閥門在運(yùn)行一段時(shí)間后，閥體與閥塞之間全部充滿介質(zhì)，使得閥門扭矩越來越大，直至卡死。

（2）閥塞與閥體的間隙使用聚四氟乙烯進(jìn)行潤滑，但在溫度較低時(shí)，內(nèi)襯聚四氟乙烯的潤滑性能下降，遇到粉煤侵入就會造成阻力大幅上升，導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)受阻。可采取的措施有：對閥體和管線進(jìn)行保溫，使閥體內(nèi)部的工作溫度達(dá)60°C以上，以保證聚四氟乙烯的密封性能；嚴(yán)格控制粉煤的粒度、含水量，避免粉煤侵入。

粉煤三通閥在Shell粉煤氣化中的應(yīng)用及國產(chǎn)化改進(jìn)

3 粉煤三通閥的國產(chǎn)化改進(jìn)和技術(shù)特點(diǎn)

原粉煤三通閥卡死的原因是由于閥塞的浮動結(jié)構(gòu)形式及其面密封的形式，而且進(jìn)口粉煤三通閥價(jià)格昂貴、制造周期長、零配件供應(yīng)不及時(shí)、維修不方便，一旦發(fā)生故障，將對裝置生產(chǎn)造成極大影響。鑒于此，柳化公司于2008年初選用國內(nèi)某研究所生產(chǎn)的粉煤三通閥進(jìn)行國產(chǎn)化試驗(yàn)。該閥投用后，使用效果得到明顯改善，運(yùn)行至今一直未出現(xiàn)故障。2009年7月，參照國產(chǎn)化粉煤三通閥結(jié)構(gòu)對1臺進(jìn)口粉煤三通閥進(jìn)行改造，將原浮動球結(jié)構(gòu)改為固定球結(jié)構(gòu)，重新投用后也取得了比較好的效果。

國產(chǎn)化改進(jìn)后的粉煤三通閥具有如下的技術(shù)特點(diǎn)。

（1）采用變徑的銳角換向平行雙通道轉(zhuǎn)子技術(shù)，降低了換向流動阻力，縮短了換向時(shí)間，可避免粉煤堵塞。

（2）采用固定式閥塞（非浮動），閥塞兩端的轉(zhuǎn)軸分別通過套裝在轉(zhuǎn)軸上的軸承徑向定位于上閥蓋和下閥蓋的軸孔中，使閥塞不能徑向偏移，解決了浮動閥塞易造成閥門卡死的問題，確保介質(zhì)流向平穩(wěn)切換而不會出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象。

（3）閥塞軸向由抗磨止推墊定位，碟形彈簧補(bǔ)償止推墊磨損，對閥塞形成軸向頂推的可調(diào)彈性壓蓋。

（4）在閥塞流道進(jìn)、出口分別增設(shè)防塵密封圈，提高了閥門的密封性和閥門的密封等級，防止粉煤進(jìn)入閥塞和閥體間隙。

（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用快速進(jìn)排氣型、30°行程的大扭矩氣缸，并配用大流量、穩(wěn)定可靠的電磁閥等附件，取消原變速箱；閥塞上軸直接與氣缸連接，縮短了閥門開啟和關(guān)閉時(shí)間，確保閥門動作到位、靈敏可靠，同時(shí)也減少了開啟過程中介質(zhì)泄漏至閥體內(nèi)，延長了閥門的使用壽命。

4 結(jié)語

國產(chǎn)化改進(jìn)后的粉煤三通閥通過在柳化公司生產(chǎn)裝置的實(shí)際使用，證明其*可以替代進(jìn)口閥門，不僅保障了Shell粉煤氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，而且大幅降低了采購成本。