蔡波

【摘要】本文介绍了神华鄂尔多斯煤制油分公司煤气化装置煤粉是如何输送，以及ARGUS煤粉固定球阀在神华煤制油煤气化煤粉输送系统中的使用情况、解决方案。

【关键词】ARGUS SHELL;固定球阀;煤气化;粉煤输送系统

一、前言

神华鄂尔多斯煤制油分公司煤气化工序是由五环科技公司、SHELL公司负责设计，任务主要是为煤液化装置和加氢改质等装置提供氢气，同时还为轻烃回收装置提供冷冻量。

煤气化装置分为第一、第二煤制氢装置两套，是煤直接液化项目的重要生产装置之一，两套煤制氢装置具有完全相同的制氢设计能力：287t/d，平行布置，以利节约建设时间和便于操作管理维修。

二、SHELL煤粉输送系统介绍

如图1所示。从磨煤（CMD）装置来的煤粉连续输送到一个低压存储容器V-1201A/B。当容器V-1204A/B清空后，其底部的阀门以及高压均衡阀就关闭，通过减压阀将压力降低到S-1201A/B的压力，和低压煤存储容器V-1201A/B达到压力平衡。

V-1201A/B底部的阀门开启，对容器V-1204A/B进行装填。当容器V-1204A/B装满时，该容器顶部的入口阀门关闭。

图1

通过其高压氮气线对该容器加压。当压力接近容器V-1205A/B的压力并且两者达到平衡后，高压均衡阀开启。煤燃烧器的进料线从容器V-1205A/B底部以稳定的流量抽出，容器V-1205A/B中的料位降低到一个确定的高度之下，容器V-1204A/B底部的阀门就开启，向V-1205A/B补充煤粉。当容器V-1204A/B清空后，循环回上面的步骤。从煤粉给料仓（V-1205 A/B）出来的煤粉与输送煤粉用的高压氮气，一起进入煤烧嘴A-1301 A/B/C/D。来自空分装置的氧气经氧气预热器（E-1309）加热到180℃后，与少量中压过热蒸汽混合进入煤烧嘴。经四个工艺煤烧嘴喷入的煤粉与氧气、蒸汽在气化炉内发生部分氧化反应。如图2所示。

图2

三、ARGUS煤粉固定球阀在壳牌煤气化煤粉输送系统中使用情况

神华煤制油煤气化煤粉输送系统上使用ARGUS煤粉固定球阀共8台，自2007年底投入使用以来，下线维修25台次，故障现象多是卡滞断轴，主要问题集中在轴套磨损、耳轴变形上及备件尺寸不标准、装配精度不够上。耳轴已经做了就加固圈，但受限于ARGUS的设计空间小再改进的余地不大。轴套改进的效果还可以，但由于argus阀门装配精度要求高，金属备件材质及结构尺寸、软密封的尺寸密度要精准无误差，装配人员要严格按照对中和扭矩、泄露的要求装配才能减少阀门的扭矩，要继续改进轴套密封结构、改进软硬配件的材质和加工精度。如图3所示。

图3

四、解决方案

采用固定式O型直通固定式耐磨球阀，阀门结构如图4所示：此结构为O型球阀双阀座结构，主要的特点是安装方向无要求，能承受双向介质压力。阀前密封，由于有前后阀座的存在，阀杆的受轴向力较小，承受较小的弯矩，阀杆变形较小。此结构能有效解决上述阀门出现问题。

图4

1.球体与阀座密封副拉伤，主要是由于基体表面喷涂材料的硬度及厚度未能满足使用工况的要求。其次阀座与球体表面硬度差选择不合理也会导致密封副拉伤。为了提高阀芯、阀座密封面基体硬度， 采用在其球体表面热熔焊Ni60，熔焊深度可达1～1.5mm，硬度可达HRC62，阀座密封面较窄，采用堆焊Ni55，堆焊厚度在2mm，硬度在HRC57。在密封面喷涂材料的选择上，活动零件的硬度相对要较高，大约在HRC：3～5之间，同时采用热熔焊工艺，熔焊深度较深，结合强度好，镍基合金同时也有较好的抗腐蚀性能。

2.阀杆与轴套檫伤的问题，这是在煤化工球阀中较为常见的，但同时也是关键性的问题。轴套如果没有防尘结构，介质将进入轴套与阀杆之间，造成阀杆与轴套的磨损，同时介质将堆积在轴套与阀杆之间，引起抱轴现象，摩擦力逐步增大，导致力矩逐渐变大。开始阀门卡阻，最后导致阀门卡死。因此阀杆轴套处的密封是耐磨阀关键。驱动轴前阀杆轴套底部用石墨加PTFE进行双重密封，从动轴后阀杆在与轴套接触轴端部采用O型圈密封，可以有效防止煤灰、煤渣进入轴套，轴套的内壁以及阀杆与轴套接触的外圆部分都应做硬化处理，在轴套内部堆焊Ni60，在阀杆喷涂Ni55，增加表面的耐磨性能。

具体结构如图5所示。

图5

3.联轴器或者阀杆与球体连接处阀杆变形的问题，首先必须按公称压力的1.3倍进行阀杆的强度校核，阀杆材质选择强度及抗腐蚀性能都优异的17-4PH为阀杆基材，连接部分的设计公差配合精度等级、基体材质的选择、加工工艺过程的实施都是防止联轴器变形的关键.同时采用公差较小的间隙配合，阀杆与球体连接采用圆孔与四方连接，圆孔用于径向定位，减小阀杆径向间隙，提高阀杆与轴的同心度，四方用于传递扭矩及增大抗扭系数。如局部放大图B（图6）所示。

图6

图7

图8

4.关于密封面失效的问题.固定球阀是靠阀座后面弹簧提供初始密封比压，而阀座弹簧如果没有防灰或防尘的结构，介质灰尘进入弹簧腔室内，介质灰尘堆满弹簧腔室。此时弹簧会将失效，导致没有足够的密封初始比压，导致密封阀座无法自由定位，引起密封面泄露，从而导致阀座密封面和球体表面的冲刷。为防止这种情况的发生，阀座弹簧腔室前后都加入了柔性增强石墨密封环。确保介质灰尘不会进入弹簧腔室，弹簧长期处于自由工作状态保持原比压密封。弹簧防尘结构如局部放大图C（图7）所示。

5.关于球口冲刷的问题，由于球阀刚开启和快关到位时，阀座与球体刚脱离，形成一个细小的月型口，此时介质压力差很大，形成瞬间节流。介质从该口成喷射状喷出，形成强大的冲刷力。因此我们在球口的处理上，对熔焊层进行了加厚处理，可有效的增加球口抗冲刷性能，具体结构局部放大图D（图8）所示。

五、结束语

神华煤制油煤气化装置上该部位使用的ARGUS阀共8台，现在在该部位使用改造過的阀门1台，已稳定运行2年未维修，阀门使用周期长1个月，阀门故障次数就会减少，每减少1次，就阀门检修成本而言，节约10万元/台次，8台阀门检修成本就节约80万元，整个煤气化装置共有ARGUS特殊开关阀82台，那么每次的检修费用可节约820万元，由于这些阀门故障导致煤制氢装置停车甚至煤液化装置停车的损失更是不可估量，所以，经过改造过的阀在煤气化装置推广、应用、降低建设和运行维护成本、抵御风险方面产生积极地作用。

参考文献

[1]神华鄂尔多斯煤制油分公司煤制氢装置工艺技术规程.

[2]ARGUS阀门说明书.