浅谈焦过滤器反吹球阀故障分析及改进措施

熊江

（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）

1 工艺说明

某石化煤制氢装置采用E-Gas气化工艺，合成气的除尘和净化采用干法过滤除尘技术，通过焦过滤器来除去合成气中夹带的固体颗粒，焦过滤器内部的金属纤维毡滤芯过滤粗合成气中固体颗粒，每台气化炉配有两台焦过滤器并联运行，每台焦过滤器有12台反吹阀，每台反吹阀对应一簇焦过滤器滤芯。焦过滤器反吹气由压缩后的高压合成气提供，通过反吹球阀的快速开关提供高压脉冲气流，对焦过滤器滤芯内部进行反吹。反吹阀前后压差5.5MPa，每台气化炉的24台反吹阀间隔6s依次开关一次，设计开关一次时间0.45s。反吹阀反吹性能直接影响滤芯的过滤效果，一旦反吹阀出现故障，必须在2h内切出更换或者维修完毕，否则直接影响整个焦过滤器运行，导致气化炉停工，反吹阀是影响焦过滤器长周期安全运行的关键设备之一。

2 反吹阀规格和安装

反吹阀由国外某知名阀门厂配套提供，阀门的规格和材质见表1所示，阀门基本结构见图1所示。

图1 反吹阀内部结构及整体示意图

3 阀门存在问题及分析

3.1 阀门内漏和外漏

装置运行过程中发现阀门存在内漏和外漏情况，外漏位置在阀门填料压盖位置，同时发现阀门内漏严重，反吹环管在30min内压力降低4MPa（见图5）。阀门拆检中，发现多台阀门的阀座、阀球、阀杆、耳轴、填料压盖等内件磨损严重（见图2）。

图2 阀座、耳轴磨损严重

图5 阀座密封改型前（左）与改型后垫片（右）

3.2 原因分析

根据拆检情况判定，引起泄漏的直接原因是阀门使用一段时间后，阀球与阀座密封面磨损，变形严重引起阀门内漏，阀杆、填料及填料函磨损严重导致阀门外漏，造成故障的主要原因有以下几点。

3.2.1 阀门结构设计问题

从阀体与阀体轴承，阀体轴承与夹板，阀杆与阀球之间间隙设计偏大，阀球等内件浮动量过大（详见图3），阀座碟簧预紧力设计不足，在两侧压差较大（5.5MPa）快速开关的情况下，阀球在内部前后偏移、撞击、磨损，而磨损进一步加大了各尺寸间隙，随着磨损越严重，阀门泄漏进一步加剧，最终形成恶性循环导致阀门无法继续运行。阀杆轴及孔间隙大，主轴下端偏移，填料偏磨。由于阀杆与阀球接触间隙较大，接触面积相对减小，而且受阀体执行机构重力影响，导致阀杆上下撬动，出现阀杆填料及压盖出现偏磨状态，使阀门容易出现外漏、内漏。

图3 阀门结构示意图

3.2.2 阀门部分零部件材料选择不合理

阀门内部介质为高压合成气（275℃，成分主要为纯净的氢气加一氧化碳），设计前后压差5.5MPa,开关一次时间0.45s，开关频率为600次/天，开关过程阀球与阀座等各摩擦副之间的摩擦系数大，阀门很容易磨损。部分零部件的材料不耐磨，如阀座采用的猛青铜，夹板、球体轴套采用316而未做表面硬化处理，这些材料不耐磨，大大降低了阀门的使用寿命。

3.2.3 阀门选型不太合理

4 反吹阀解决措施

4.1 结构改进

控制阀体与阀体轴承、阀体轴承与夹板、阀杆与阀球之间间隙，减小球体的浮动量；改变阀杆端部与球体连接方式，增加阀杆的承载能力；通过计算重新选择碟簧，改进阀座密封形式，适当提高阀座预紧力。主轴新型连接形式和改型后垫片见图4、5所示。减小执行机构的长度及降低执行机构重量，可以降低阀门动作带来额外的阻力及填料的磨损。

图4 主轴新型连接形式

4.2 材质升级

对部分阀门零部件进行材质升级，增强其耐磨性。对阀座、阀座、夹板(2个)、球体轴套(2个)、主轴进行材质升级并增加耐磨合金层（低摩差系数碳化钨涂层），阀座由锰青铜更换为F316（密封面喷涂硬质合金），阀杆止推垫片由316升级为800合金。

5 运行结果及结论

通过现场对反吹球阀的结构改造，阀门的故障率大大降低，阀门的内漏、外漏、磨损等问题逐步得到了解决，对滤芯的吹扫效果也相对前期有明显的改善（阀门压降均匀且满足要求），能从本质上解决反吹阀故障问题，大大提高焦过滤器运行的安全、平稳性，同时，使反吹阀维修费用大大降低，滤芯吹扫效果有效增强，焦过滤器的整体经济性得到大大提高，阀门的连续运行时间由最初的30天逐渐提高到180天。