滕千里 魏剑萍

（中国石化镇海炼化公司，浙江 宁波 315207）

煤焦制氢（简称POX）装置是以煤及石油焦为原料生产氢气，而生产氢气的装置对整个炼化企业是至关重要的。POX装置以水煤浆为原料在气化炉加压反应，气化后的煤渣在加压输送过程中，由于介质为高压煤粉及氮气，锁渣阀的阀体流道、球体、阀座及密封面必然会受到冲蚀和磨蚀，又由于在正常生产中锁渣阀的开关频率较高、压力和温度从高到低交替变化等因素，对锁渣阀的性能提出了较高的要求[1]。

1 POX装置锁斗循环及相关阀门简介

1.1 锁斗循环原理简介

POX装置的锁斗系统是一个定期收集和排放气化炉产出灰渣的水封体系，是确保气化炉连续运行的重要系统之一。锁斗循环分为收渣、卸压、排渣和充压4个阶段（如图1所示），一个循环的时间大约为30 min[2]。

图1 锁斗示意图

锁斗程序启动后，当排渣时间到时，锁斗进口阀关闭，锁斗循环泵入口关闭，循环阀打开，锁斗泵自身循环。锁斗卸压阀打开，渣池溢流阀关闭，锁斗开始卸压，锁斗内压力卸至锁斗冲洗水罐12V103。卸压后，关闭锁斗减压阀，打开自锁斗冲洗水罐12V103至锁斗的锁斗冲洗阀及自锁斗至渣池的锁斗出口阀，锁斗开始排渣。排渣计时器开始计时，到达预定时间后，锁斗出口阀、锁斗冲洗阀关闭。锁斗充压阀打开，用来自渣水处理单元高温热水泵13P101A/B的高压灰水对锁斗进行充压。当锁斗与气化炉之间的压差小于设定值时，充压阀关闭，锁斗进口阀重新打开。与此同时，锁斗循环泵入口阀打开，循环阀关闭，锁斗开始收渣。全部排渣循环（减压、排渣、充压）时间大约2 min。锁斗循环重新开始。

为了保证气化炉安全运行， 锁斗顺控要求锁渣阀必须在10 s内完成开启或关闭动作，否则，锁斗顺控程序将跳停，锁斗不能进行自动收渣、排渣。

1.2 锁斗相关阀门介绍

一个气化炉典型的锁斗系统共需要配置24台锁渣阀（典型配置见表1），锁渣阀为固定球硬密封球阀，尺寸较大 （DN450 mm ／ DN400 mm），国内POX装置基本以进口的ARGUS 阀体为主。由于黑水介质中含有坚硬的金属固体颗粒，对锁渣的阀体、阀座的损害都很大，为了保证阀座与阀体之间的密封面不残留介质，进口阀门内部都做了特殊处理，如对阀座做了刮刀式设计[3]以实现对阀球表面自清洗，对锁渣阀阀座下立柱弹簧进行改进等。国内也有厂家开始制作全国产化球阀，某企业为了推进锁渣阀的国产化进程，使用了3台国产锁渣阀，（12KV108(208/308)，2”-900LB即口径为6.67 cm、压力等级为408.23 kg），但自开工以来出现的各类问题故障率较高，占所有24台锁渣阀的90%以上。

表1 24台锁斗阀配置情况

2 国产锁渣阀故障原因及分析

POX装置自2019年投产以来，锁渣阀出现了不同类型的故障，导致气化炉降负荷运行或者切炉停工处理。

2.1 锁渣阀阀杆卡涩

2019年出现了多台次的锁渣阀卡涩导致阀门开关超时，经拆解后检查阀体内腔、球体、阀座以及阀杆等部位，确认球体和阀座组件、球体下轴情况较好，没有发现划痕、擦伤等问题； 但是阀杆与阀体轴孔配合面划伤严重，阀体相应轴孔表面局部划伤，如图2所示。

图2 锁渣阀拆检情况和轴套

锁渣阀阀杆卡涩包括2个原因：1）阀杆的表面拉毛严重，阀杆与轴孔配合处的喷涂层几乎磨损殆尽，阀杆表面没有硬化层的保护，实际在线运动的是阀杆基体与阀体之间的干磨损。2）阀杆和球体轴孔直接连接位置的间隙没有控制好也是其中的原因之一[4]。

故障处理包括以下3个方面的内容：1）去除阀杆原表面硬化层，采用超音速喷涂WC表面硬化处理，再重新组装调试后开始进行模拟开关动作试验，试验介质为水、阀门前端试验压力为9.2 MPa～11.2 MPa，经压力试验测试，阀门密封性能完好，没有发现阀座泄漏情况发生。2）经局部热处理后，将精加工与阀体轴孔配合，确保间隙在合理公差范围内。3）阀杆和轴孔配合处增加了轴套保护，可以解决阀杆磨损和拉伤的问题，可以保证在锁斗系统中长期使用；增加保护轴套的措施可以减少部分摩擦力矩，保护阀杆表面不受磨损。

2.2 锁渣阀阀座抱死

2019年3月锁渣阀再次出现卡涩，阀门开关超时，再次拆解发现球体和阀座之间的设定间隙不符合出厂要求，导致阀座背面的密封圈膨胀后，球体被阀座抱死。

锁渣阀阀座抱死的原因有以下2个：1）阀座柔性石墨密封圈在高温黑水灰水介质中膨胀过大，经现场拆解后测量，密封圈比图纸轴向尺寸大了1 mm。2）装配球体和阀座之间的设定间隙没有符合设计要求，因此在阀座背面的密封圈（柔性石墨材质）膨胀后，球体被阀座抱死。

故障处理包括4个方面的内容：1）更换了符合设计尺寸要求的标准阀座密封圈（柔性石墨圈）。2）对阀座密封圈进行了预装压紧处理，即在装配球体前，先将座阀组件安装进阀体内部，然后采用专用阀座密封圈预紧工装进行预紧处理。使阀座、阀座密封圈及相关配件达到实际应用的状态。3）将球体与阀座组件装配进阀体内腔后检查阀座和阀体之间的预紧间隙（该尺寸为设计时考虑的球体、阀座及柔性石墨圈在高温下尺寸变化后的预留尺寸，以避免球体被阀座组件抱死）。4）装配完毕后，手动开关阀门，检查阀门扭距是否过大，在开关过程中是否有操作扭距变化过大的情况等。

2.3 锁渣阀抖动爬行

2019年6月该锁渣阀在开关过程中又出现抖动爬行状态，开关时间不合格导致锁斗停运。阀门拆解后判定阀门出现轻微抖动爬行的原因为阀座柔性石墨密封圈在高温黑水灰水介质中膨胀过大，由于工厂试验是常温水，而实际工况是200 ℃以上的灰水，使实际运行时间隙不足，导致阀门使用过程中球体被阀座局部抱死的现象产生。

故障处理包括以下2点：1）阀盖座端钻弹簧孔外平面位置车深0.7 mm。2）增加执行机构扭矩力，避免摩擦力增加时能自动克服爬行现象。执行机构应保证至少1.5倍的安全系数，确保气源压力在0.4 MPa时也可以正常工作。

2.4 锁渣阀回讯故障

锁渣阀原始设计的回讯安装在顶部，与工艺副线管道位置过近，不利于拆装，增加了阀门故障后的更换时间，且回讯目标头为非磁铁材质，一旦开关出现微小不到位或者回讯本身松动等情况就会无法接收回讯命令，也是导致阀门开关时间超时的原因之一。

解决措施包括如下2点：1）阀门回讯安装位置进行改装。把磁感应回讯安装固定在执行机构和阀体之间的支架上，既便于维护，也增加了更换阀门时的空间。2）感应头更换为目标磁铁，增强了回讯感应能力，以避免开关时间超时。

经过多次和阀门厂家一起研究和改进，故障率和整阀更换次数已经降低了95%以上，经过1年多的运行，未出现阀门超时、卡涩等任何故障，且在装置检修期间解体检查，执行机构、阀体和附件等都未发现任何异常。

3 结论

由于进口锁渣阀价格昂贵，制造周期长，零配件供应不及时，维修不方便[5]，因此锁渣阀国产化是必然趋势。通过该工厂和现场实际问题的解决处理，为国产阀门改进提供了平台，也打破了该类产品长期被进口阀门所垄断，为国产锁渣阀门提供了宝贵经验。目前，经过改进后的阀门使用情况良好，锁渣阀使用寿命超过8 000 h，降低了维修费用，锁斗顺控程序安全稳定地运行，确保了POX装置气化炉安全稳定地运行[5]。