国产大化肥装置减温减压阀运行故障分析

2020-05-19罗继雄何培东

化肥设计 2020年1期

杨林，罗继雄，何培东

(中国石油西南油气田川东北作业分公司，四川成都 610051)

某化肥生产装置作为国内首套具有自主知识产权的国产化大化肥装置，其蒸汽系统压力分别为高压11.9MPa(a)、中压4.9MPa(a)、次中压2.5MPa(a)和低压0.44MPa(a)，共4个压力等级的蒸汽，做到能量分级合理利用，提高能量的综合利用效率。由转化、合成汽包所产高压蒸汽经过热器，与开工锅炉所产高压蒸汽组成高压蒸汽系统；由装置机组透平抽出，部分高压蒸汽经减温减压组成为中压蒸汽系统；同时，部分中压蒸汽通过减温减压进入次中压、低压管网。蒸汽系统减温减压阀在运行过程中，发生阀门卡涩故障，导致蒸汽系统不能稳定运行。

1 减温减压阀结构原理

减温减压阀是通过控制阀体内的启闭件的开度来调节介质的流量，将介质的压力降低，同时借助阀后压力的作用调节启闭件的开度，使阀后压力保持在一定范围内，并在阀体内或阀后喷入减温冷却水，将介质的温度降低，达到减温减压的目的。减温减压阀剖面结构见图1，一次蒸汽进入阀体后，在减温减压阀作用下，达到减温减压的目的，并通过二次蒸汽出口进入低压管网。高压蒸汽的减温减压分为两个物理过程。

(1)减压。通过阀体内的节流元件，使一次蒸汽在节流过程中损失势能，同时克服高流速带来的冲蚀、振动和噪音，将一次蒸汽压力降低。

(2)减温。向高温蒸汽中喷入减温冷却水，冷却水经过阀体内的喷嘴喷出，分散成小水滴(即减温冷却水一级雾化)。由于蒸汽流动产生的空气动力大于水分子的表面张力，水滴在蒸汽中进一步被击碎，形成水雾(即二级雾化)。水雾悬浮分散在过热蒸汽中，吸收热量，几乎瞬间蒸发，从而降低蒸汽温度。

图1 减温减压阀剖面结构

2 减温减压阀拆检情况

针对阀门卡涩、无法及时开关、影响蒸汽系统调节的情况，利用装置停车的机会，组织检修人员对阀体进行拆检。

2.1 HV8021减温减压阀拆检

图2 活塞密封环表面堆积大量刮蹭物

HV8021减温减压阀用于将11.9MPa(a)高压蒸汽转变为4.9MPa(a)中压蒸汽。通过拆检发现，HV8021主阀芯的特性孔部分、阀座及阀笼均未发现明显损伤；阀杆及阀杆导向环内壁无损伤。但两个活塞密封环已完全卡死在阀芯内，且阀盖内壁有划伤。活塞密封环卡死在凹槽内，其表面堆积有大量刮蹭物(见图2)。

2.2 PV8026减温减压阀拆检

PV8026减温减压阀用于将4.9MPa(a)中压蒸汽转变为2.5MPa(a)次中压蒸汽。通过拆检发现，PV8026主阀芯的特性孔部分、阀座及阀笼均未发现明显损伤；阀杆及阀杆导向环内壁无损伤；两个活塞密封环中，一个活塞环已完全卡死在阀芯内无法动作，另一个损坏脱落(见图3)。

图3 PV8026减温减压阀损伤情况

3 减温减压阀门卡涩故障原因分析[1]

从拆检发现的损伤现象可知，卡涩的直接原因为活塞密封环不能自由动作。阀门的两个活塞密封环是一个开口的弹性圈，能够在活塞环凹槽内自动伸缩，自由旋转，能消除冷热不同状态下材料膨胀对阀芯运动产生的影响，反之，如其不能自由伸缩，就会在阀芯动作的过程中拉伤阀盖内壁，同时导致塞密封环变形、脱落损坏，从而造成阀门卡涩。进一步分析后发现，造成故障的原因主要有以下几方面。

(1)减温减压阀门已安装3年多，由于化肥市场低迷，装置未进行试生产，长时间未能投运，导致在蒸汽管道以及阀体内产生锈渣，阀前管道内杂质随介质蒸汽进入活塞环的缝隙，从而卡死活塞环并造成刮蹭。

(2)阀门投用时会对蒸汽系统进行暖管，在暖管过程中，排液不充分，造成蒸汽带水。这些汽水混合物通过活塞时发生了闪蒸，冲刷活塞环和阀盖内壁，从而造成其变形损坏，发生卡涩。

(3)在操作过程中，阀体预热温度低于相应压力等级蒸汽对应的饱和温度。当蒸汽进入阀内时产生冷凝，形成冷凝水，对活塞环和阀盖内壁造成冲刷，从而引起成阀门卡涩。

(4)在投运初期蒸汽系统负荷不高时，减温水调节阀长时间工作在小于5%的阀门开度下，由于工况的减温水压力很高，高压差状态下阀门小开度易造成阀芯密封面损坏。