高压黑水调节阀失效原因分析及改进措施

赵常春

摘  要：该文对煤气化高压黑水调节阀的使用状况和结构特点进行了论述。通过调节阀内检，对于腐蚀进行冲刷以及闪蒸破坏的情况和气蚀情况进行了调研，提出采用阀内件构造的主要影响因素的分析方式，推出解决方案。

关键词：高压黑水调节阀  失效原因  改进措施

中图分类号：TQ545    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（a）-0051-02

为了提高改进高压黑水调节阀运行功能，对于连接方式等加以改进，在阀内件材料的抗冲蚀性能上，通过加大调节阀的开度，对于阀座结构与工艺方面的改善，最终提升了高压黑水调节阀的使用寿命。

某石化公司采用煤气化装置，其进行氧化还原反应，在不可燃灰份和未燃盡的炭高温作用下形成炉渣，经过激冷水浴和洗涤，在水蒸气饱和的合成器送出情况下，使得氧气和水煤浆进行氧化还原，达到1500℃的条件下时，压力为6.5MPa。经过黑水调节阀的减压，在进入高压闪蒸系统之后，产生了热量和灰水的回收。

1  煤气化高压黑水调节阀的结构特点

对于煤气化装置，关键设备是要进行水循环系统和计划流行的闪蒸构造的改善。例如，在高压黑水调节阀腐蚀相很强的三相介质流动和压力控制过程中，需要对高压差进行设置。目前我国采用的城市产品上不多，一般为先进的国外公司产品，国际设备运行状况较好，但是由于高压黑水调节阀使用上的一些问题，维修成本较高，而且一旦发生故障，则容易带来安全隐患。因此针对高压黑水调节阀在使用过程中的故障进行原因分析，并提出改进措施，以提升煤化工装置下的长周期经济运行水平[1]。

高压黑水调节阀的结构特点，高压黑水阀调节阀影响底部产物，阀后压力经过溶解之后，会出现大量酸性气体，在黑水调节阀减压之后送入高压闪蒸罐，经过气液两相的分离，气相为顶部产物，高压黑水调节阀挥发组分较为富集，黑水大量气化，此时在气象中的分压迅速降低，阀后压力实现降低水中的酸性气体溢出气液，两相在分离器中分开。

通过改进高压黑水发调解法，采用了长弯脚式阀门，专门配备了灰水介质和黑水介质等固体杂质的控制设计方案。阀杆连为一体，阀芯和阀座以及出口流到选用实体碳化物材料，介质接触部分的抗冲蚀能力。对于高压黑水调节阀阀体材质进行了设置阀门维修和备件更换上导向套和较大直径的发展设计，起到了一定的调节性和稳定性，有效解决了闪蒸工况下的筏竿高频振动问题，而且将噪声控制，满足了较大的执行机构推力要求，为了避免高压黑水，对高压闪蒸罐的冲击，缓解高压黑水调节阀闪蒸气，对高压黑水调节阀高压闪蒸罐的冲击，在高压黑水调节阀后面还设置了角阀酮体[2]。

2  高压黑水发体黑水调节阀的使用状况

通过对黑水调节阀运行参数的获取，对于多种粒子在介质流中的固体悬浮物的流量温度压力等的参数如表1所示。

分析发现，来自于气化炉和洗涤塔内的黑水，在高温黑水井压之后瞬间会发生汽化，加剧对阀体阀内件以及相关附件的磨损和冲蚀。

经过多次事故原因分析，发现由于调节阀失效，导致了黑水闪蒸系统的临时停车处理出现了状况，调节阀功能下降冲蚀严重，是影响了煤气化装置的现场工作环境。

3  黑水调节阀失效机理分析

冲刷腐蚀往往是由于腐蚀流体和金属表面发生了金属损坏的情况。材料的抗冲蚀性能，在循环系统中是一种较为普遍的腐蚀机理。对于介质流固相悬浮颗粒物的硬度形状和大小数量等进行充实行为的处理，使得金属表面气液固三相介质流的循环系统发生了相应的冲蚀行为和闪蒸破坏，造成了高压差情况下阀芯在很短的情况下出现了振动[2]。

这种振动包括了水平振动和垂直振动，流体的垂直撞击和水平撞击带来了机械损坏和磨损，调节阀控制不可靠。在高压差的情况下，给调节阀和管道的内表面造成了充实，使得液体温度下相应的饱和压力出现了。两相流的破裂产生蒸汽形成闪蒸，而阀内件材料则会影响间隙流动，在高压差强腐蚀和高含固颗粒介质下工作，变相发生了抗拉强度和硬度的变化，疲劳极限和抗腐蚀极限，强度都有所升高。调节阀的使用寿命和加工硬化性能都会受到影响。调节阀开度在小开度的情况下，高流速的流体对阀内件的冲蚀破坏较为严重，产生阀内的较高阻力，将导致闪蒸开度较大，则负荷也会相应增大。最大工况下阀门开度不超过90%，则会导致阀门可控性下降[3]。

4  改进措施

（1）通过对阀内件材料的抗冲蚀性能的提升，对碳化钨粉末进行筛选，提高硬度途径。相对于国内的碳化物材料，国外的碳化物材料具有较强的冲杀能力，但是如果减少钴含量，则容易导致碳化物的韧性受到影响。因此要提升碳化物零件的整体力学性能，就要采用性能良好的碳化物材料，例如，任性不发生改变，且具有一定抗冲击能力、良好抗腐蚀性能的属于较好的设备。

（2）对于阀芯形面和连接方式进行设置，采用实际流量特性曲线，小开度范围内偏差，数据的计算，提高调节法运行稳定性，降低气蚀和闪蒸的发生，确定高压黑水角阀的流量特性，采用数据计算的方式，以对高压黑水调节阀阀芯面数据进行复测，得到了调节阀阀竿和连接处的疲劳断裂和脱落问题的解决方法，就是将阀芯拧入筏竿之后，用激光打出销孔，提高连接强度，使得断裂和阀芯破落的问题得到解决。

（3）增大调节阀的开度，便于操作稳定性，使调解法能够在合理开度范围内，通过额定cv值的调整达到最佳状态。正常工作开度在50%～80%。加快故流行体介质对阀芯和阀座的充实以及损失，保证调节阀的稳定运行。流量特性曲线由线性特性改为抛物线特性，通过计算确定cv值，调节阀的开度范围，正常开度为60%，而实践证明有效避免调节阀开度过小，会提高其与使用寿命。对于文丘里阀座结构进行优化，按照重新计算的额定cv值，在不小于出口直径7～8度的情况下，扩大直径达到长度的65%，发作在扩散段上，通过增加文丘里扩散段材料厚度，以提高抗冲蚀的时间，实现长时间周期运行。由原先的2mm增加到6mm之后，使用寿命大大提升，抗气蚀磨损能力也得到提升。

5  结语

通过对工艺运行条件的改善，黑水调节阀的运行维护管理实现了高效和科学化，以防止阀体内机构堵塞和结构发生。利用调节阀要及时进行清理，对影响其使用寿命的关键因素应予以改进，将平均寿命予以提升，最终解决制约煤气化装置运行瓶颈的问题。

参考文献

[1] 李聿营.高压黑水调节阀失效原因分析及改进措施[J].大氮肥，2014，37（5）：299-302.

[2] 梁艳东.高压调节阀阀座现场更换措施[J].设备管理与维修，2018（17）：48-49.

[3] 杨建江，李娟，周帆.异形高压节流调节阀气动载荷分析[J].科技风，2018（15）：134-135.