鲁慧彬

(中国五环工程有限公司,湖北 武汉 430223)

盲板阀(指插板阀,也称为眼镜阀或扇形盲板阀)广泛应用于冶金及化工行业煤气、烟气、含尘气体及空气等管路系统的除尘环保设施中,是一种理想的煤气及有毒气体管路绝对切断的安全控制阀门,在开停车阶段能有效控制气体的流动,对保障安全生产有重要的意义[1]。在安装使用中,由于受到实际环境影响,盲板阀的开启容易出现阀板运行不畅,甚至卡滞无法继续移动的情况。一方面,这会带来一定的安全隐患;另一方面,电动机控制回路会因此发生超负荷跳闸,影响气化炉正常开炉、停炉操作,影响项目开停车进度。

某大型工业燃气项目采用“循环流化床煤气化”技术生产煤气供下游用户使用。其中,使用的盲板阀为煤气介质的电动盲板阀,管道口径在DN1000～1800之间,公称压力为0.25MPa,工作温度为200℃。本文结合项目中盲板阀实际安装调试案例,分析了盲板阀无法正常开启的原因,提出了实际解决方案,并在此基础上对电动盲板阀的布置设计提出了建议。

1 电动盲板阀结构

盲板阀的控制分为手动、电动、气动和液动,其中电动和气动较为常见,均可实现远程开启和关闭,可靠切断气体介质。电动盲板阀结构见图1,由左阀体、中阀体、右阀体、扇形盲板、丝杆螺母付、杠杆、不锈钢补偿器、电动推杆等组成。电动盲板阀是通过三根支丝杆联成一体,并把三个阀体分别固定在底座上,构成一个刚性结构体。中、左阀体用不锈钢膨胀管连接,右、中阀体分别用三根两端带左右梯形螺纹的丝杠连接,将三根丝杠同时作正向(或反向)旋转,则左、中两阀体得到压紧(或分离)。三根丝杠中,上面一根丝杠中间装有盲板,盲板绕该轴心旋转。下面两根丝杠在同样的部位上安装有盲板的定位块,盲板旋转时可以防止其漂移,避免被密封胶圈擦伤。其工作原理为:当松开、夹紧时,由电动推杆带动连杆移动,从而带动三个连杆,同时作正向(或反向)旋转,使中、右两阀体松开(或夹紧),用另一电动推杆带动盲板转动,达到对盲板上的盲孔和通孔转位动作[2]。为了实现盲板的转位动作,应尽量保持盲板阀处于水平状态。

图1 盲板阀结构注:1—左阀体;2—中阀体;3—右阀体;4—阀体;5—启闭机构;6—底座;7—驱动装置

2 电动盲板阀实际安装问题及分析

2.1 安装空间不足导致开闭过程中产生碰撞

由于盲板阀特殊的扇形结构,运行过程中阀板的转动使其需要更大的运行空间。在实际安装调试中,常出现盲板阀能正常安装,但盲板阀阀板运行轨迹出现障碍物,导致无法实现正常开启闭合的情况。如图2所示,安装时盲板阀与四周无任何碰撞(盲板阀处于开启状态),但在其执行关闭操作时,阀板发生转动,与另一侧的管廊柱(图2a,b)或管道(图2c,d)发生碰撞,无法完成关闭操作。

图2 现场出现盲板阀与四周结构发生碰撞

在一般盲板阀开启与其他管道发生碰撞的案例中,如果碰撞管道尺寸较小,根据现场实际情况,移动碰撞管道即可,由此避开盲板阀的关闭操作轨迹,确保盲板阀正常运行。但本案例中,由于管廊无法进行移动,需调整盲板阀前后直管段,将盲板阀向西移动避开管廊柱,同时在原盲板阀支撑处的结构基础西侧增加斜撑,以便盲板阀进行支撑。

造成以上问题的原因是在设计时未预留足够的盲板阀运行空间。通常在制造商的产品说明书中会有安装空间的要求,但在配管过程中,设计人员可能未仔细阅读阀门的安装说明,或者相关专业未将供货商文件提供给管道布置专业,导致在配管过程中设计人员忽略盲板阀需占用空间,而是以圆柱形(见图3)进行设计。当所设计处管道本身安装空间受限,布置较为紧凑时,极易造成预留盲板阀运行空间不够,盲板阀在开闭过程中与四周装置发生碰撞。建议今后在涉及此类布置时,提前将产品说明书提供给管道布置专业和三维组,确保在建元件库时就考虑运行空间,避免出现此类情况。

图3 三维模型中的盲板阀

2.2 盲板阀的支撑不足导致盲板阀偏心

盲板阀本身质量较大,为保持其工作状态下的稳定,其底部需要设置支撑。如果底部支撑不稳,会使得工作条件下盲板阀偏心。在第一节中已经提到,盲板阀的正常运行需要其自身尽量保持在水平状态。发生偏心会导致盲板阀无法正常开启。现场开车过程中发现,组合冷却器出口管道上的盲板阀阀板运行卡顿,无法完成关闭的操作。该处盲板阀底部支撑为T形支架(见图4a),与盲板阀接触面积有限,所提供的支撑不足。在开车过程中,随着气体进入,管道温度升高,盲板阀处产生局部位移和偏转(见图4b)。由于盲板阀支撑不足,无法实现对盲板阀的有效固定,使阀板无法正常移动,影响其开启和关闭。

解决问题的关键在于为盲板阀提供必要的支撑(见图4c)。现场将T形支架加固,将支架改为图4d所示的形式:两侧增加型钢及斜撑,增大支架与盲板阀底座的支撑面积,加强底座支撑能力,确保盲板阀在运行的过程中水平。修改支架后,盲板阀在开车运行过程中可正常开启闭合。

图4 盲板阀改进前后对比

在设计过程中,盲板阀厂家仅要求对盲板阀进行支撑,却并未对支撑形式进行具体的要求,导致在实际运行过程中,某些盲板阀支撑不足,无法满足其正常运行的相应要求。故在设计过程中,应该对这些容易被忽略的地方进行澄清与沟通,确保盲板阀的稳定运行。同时需要注意的是:由于盲板阀结构的特殊性,在其运行过程中需尽量保持盲板阀水平,一般要求盲板阀安装时与左右阀体联接的管道中心不同轴度≤3 mm。

2.3 盲板阀受管道变形或位移影响无法正常运行

由于盲板阀直接安装于管道上,其稳定性直接受到管道状况的影响。当管道本身发生一定变形或位移时,可能会破坏盲板阀的水平条件而造成偏心,无法正常运行。现场发现,某处盲板阀无法正常开启。该处管道在高温烘炉过程中会有高温气体进入,为避免管道由于热位移而造成管道支架脱空,管道支撑设计为弹簧支架。弹簧的弹力造成了管路的上移,经实际测量,弹簧移去定位销后向上位移约15 mm。该盲板阀安装于弹簧支架附近,管路上移导致盲板阀产生轴偏心,致使盲板阀无法正常开启。

在实际处理中,取消此处弹簧,改为承重架,并将发生位移的水平管恢复至水平状态,修复后盲板阀可开启,进一步证实是由于弹簧安装载荷导致盲板阀偏心而无法正常运行。但取消弹簧支架后,可能造成管路在高温烘炉过程中因受热位移而导致管道支架脱空。通过实际考察,此处管道在高温烘炉阶段(气化炉温度升至750℃,此管线温度达到150℃左右),承重架处有3mm向上的位移,盲板阀稍有脱空。现场处理措施如下:高温烘炉过程中,在管架脱空时,在缝隙处以垫钢板作为受力媒介,由此提供必要的管路支撑。停车后管道温度降低,脱空支架处管道回到原位置,应取出钢板,以避免该支架处管道因产生向上位移而导致盲板阀偏心、无法开启的现象。

现场处理受进度、费用等因素的影响,只能采取改动较少的处理方式。但对于仍在设计阶段或者还未开始设计的项目,建议更改管道走向或者调节支架位置,尽量减少盲板阀所在管段的位移量,避免管道热涨冷缩、扭曲等因素产生的外力施加或传递到盲板阀上。建议按照图5所示安装要求进行安装,并将安装情况反馈给厂家确认。

图5 盲板阀安装管道要求

现场安装也存在盲板阀所在管道强行对中的情况,同样也会导致盲板阀偏心,无法开关,因此在盲板阀的设计、应力分析及安装过程中,均要引起重视。

3 结语

盲板阀是理想的管路切断设备,其稳定运行对于保障安全生产有重要意义,而这与其合理的设计与安装密不可分。本文以某大型工业燃气项目中大口径煤气管道上盲板阀安装作为案例,简述了实际安装过程中遇到的问题,包括盲板阀运行空间预留不足、盲板阀自身稳定性不足,以及相连管道发生变形或位移,介绍了实际现场条件下有效的解决方法,同时详细分析了问题产生的原因,并以此在盲板阀安装及配管设计层面上提出了建议,为今后配管设计及施工避免此类问题的出现提供实践经验及解决方案。