水煤浆加压气化合成气放空压力调节阀卡死故障原因及优化

许士科，徐洪法

(新能凤凰〔滕州〕能源有限公司，山东滕州 277527)

新能凤凰(滕州)能源有限公司(以下简称新能凤凰)气化装置采用对置式多喷嘴水煤浆加压气化技术，采用气流床反应器，以水煤浆和纯氧为原料，在高温(1 250 ℃)、高压(6.5 MPa)、非催化条件下进行部分氧化反应，生成以CO和H2为有效成分的粗合成气，粗合成气经过激冷室除渣、旋风分离器除灰、水洗塔洗涤和减湿、灰水换热等过程，水洗塔出口合成气汽气比约为1.4，含尘质量浓度<1 mg/m3(标态)，温度为252 ℃。气化炉投料初始阶段，水洗塔出口合成气组分指标很难控制，特别是含汽、含尘及含灰指标往往超标。合成气放空压力调节阀位于渣水处理工段，安装于水洗塔出口合成气去火炬排放管道上，属于关键调节阀，其在气化炉投料升压、对单台气化炉泄压、保压运行、停车放空及氮气置换的工艺操作环节中，承担背压调节、控制系统压力、安全放空等关键作用。

1 调节阀故障及处理措施

新能凤凰采用的6只合成气放空压力调节阀均为套筒阀，每台气化炉配置2只调节阀，规格分别为Φ203.2 mm 900LB调节阀(PV1301A/C/E)和Φ406.4 mm 900LB调节阀(PV1301B/D/F)。2只调节阀实现分程控制，即在气化装置升压时先缓慢关闭调节阀PV1301B，当调节阀PV1301B全关后再缓慢关闭调节阀PV1301A，即完成了气化装置的升压。当气化装置泄压时，首先缓慢打开调节阀PV1301A，当调节阀PV1301A全开后再缓慢打开调节阀PV1301B，即完成了气化装置的泄压。合成气放空压力调节阀自2009年12月投运的2年内，流经介质不洁净、工艺不稳定等原因造成3只大口径调节阀(PV1301B/D/F，以下简称大调节阀)运行过程中常出现调节阀振动、卡死等故障。

大调节阀出现振动、卡死等故障对气化装置的危害十分严重，大调节阀振动导致阀位波动，给工艺操作人员的控制操作造成不利影响。气化装置开车初期，大调节阀的阀位处于全开状态，在气化装置升压时，大调节阀要缓慢持续关闭，气化装置开始逐渐升压，就在这个升压的关键时刻，经常出现大调节阀卡死故障，只得被迫停单系统进行检修。如果大调节阀出口截止阀出现返回流现象，必须被迫全系统停车检修。如果在气化装置泄压时大调节阀卡死，就只能用小口径放空调节阀(PV1301A/C/E，以下简称小调节阀)进行气化装置放空，进而延长了气化装置的放空时间，同时延长了检修时间或者正常倒炉时间。

合成气放空压力调节阀发生卡死故障后，采用的措施是停车拆卸阀芯，取出套筒，用手电钻钻孔清垢，再用细砂纸打磨结垢。此方法可能损伤套筒内外密封面和套筒流通孔的截面。大调节阀的清垢工作由于流通孔较多，且要求小心谨慎保护套筒表面，较为复杂困难；另外，由于调节阀质量较大，位于渣水四楼上且无吊装支点，给拆卸工作带来较大困难。

2 调节阀故障原因分析

根据大调节阀的结构特点及使用积累的经验，分析调节阀出现振动、卡死等故障的可能原因归纳如下。

(1) 按调节阀选用原则，套筒式结构调节阀适用介质清洁、不含颗粒的场合，而合成气成分非常复杂并含有煤灰等颗粒，并且这些颗粒状物质容易结晶，这些颗粒状物质往往卡在套筒与阀芯间隙中，进而造成调节阀卡死。

(2) 合成气放空压力调节阀一般处于关闭状态，造成合成气中的杂质淤积在套筒导向间隙内，进而形成固态碳；当气化炉压力发生变化需要调节阀动作时，往往无法正常调节。

(3) 气化装置开车初期，合成气放空压力调节阀处于全开状态；由于开车初期合成气介质较脏，且含有固态颗粒(有时有细小铁丝)，还有瞬时热胀冷缩现象，容易造成调节阀卡死故障。

(4) 调节阀振动主要是由于调节阀在某一开度范围时，其固有振动频率接近系统的振动频率，形成共振而造成的。

(5) 调节阀阀前压力为6.60 MPa(绝压)、阀后压力为0.30 MPa(绝压)，调节阀关闭差压为7.20 MPa。

综上所述，套筒式调节阀结构不太适用于合成气系统的调节。事实上，其他同类企业气化装置也发现同样的问题。

3 高压偏心旋转调节阀主要优点及应用

高压偏心旋转调节阀的主要优点：①偏心旋转阀阀芯阀座只有在密封时才接触，一旦动作，马上脱开，有效避免了卡死故障；②偏心旋转导向部分，采用封闭式结构，保证了调节阀动作的可靠性；③阀体结构简单，流道通畅，不会造成杂质沉淀，也易于进行硬化处理；④高压偏心旋转调节阀阀体可调比是套筒阀的2倍，固有振动频率与套筒式完全不一致，保证了调节阀调节的平稳性；⑤大功率执行机构及高强度的零件设计，保证了调节阀具有很高的使用压差；⑥采用法兰式结构的偏心旋转阀结构轻巧，十分便于安装拆检。为此，建议将大调节阀改为高压偏心旋转调节阀。

考虑到调节阀数量较多，全部更换费用较高，先在1套气化装置上改造，且有2只口径不同的调节阀分程使用。2013年7月，购买了1只压力等级为ANSI900、DN 400 mm的法兰式气动偏心旋转调节阀。2013年7月更换使用3年来，效果较好，调节阀运行稳定，没有出现过振动及卡死等任何故障，消除了由此带来的安全隐患，保障了气化装置开停车的顺利进行，确保了生产系统的安全稳定运行。

4 结语

在水煤浆加压气化工艺系统中，合成气放空压力调节阀起到了关键的调节功能，其动作响应速度和稳定可靠性关系着生产系统安全稳定运行及设备人员的财产生命安全。高压偏心旋转调节阀可以解决在开停车过程中出现的卡死故障，减少了停车检修的现象发生，从而保障了气化装置安全稳定运行，其在此工艺环境中将会得到越来越广泛的运用。