BGL气化炉连接短节排液调节阀内件损伤原因分析及改造

田志伟

摘 要 针对BGL气化炉连接短节排液调节阀LV3100－01在实际运行中遇到的问题，分析阀内件的损伤原因并提出维修方案，解决了阀门在阻塞流工况下的闪蒸和气蚀问题，延长了阀门使用寿命。

关键词 阀内件 阻塞流 闪蒸 气蚀 改造

中图分类号 TP214   文献标识码 B   文章编号 1000－3932（2023）04－0587－05

BGL气化炉采用英国ADVANTICA碎煤加压熔渣气化技术，为年产50万吨合成氨装置提供合成气。在BGL碎煤加压熔渣气化技术工艺流程中，气化炉短节液位控制尤为重要，如果液位控制不当，会导致使连接短节液位升高后激冷水通过排渣口进入气化炉，进而触发气化联锁停车。调节阀LV3100－01的作用是调节短节液位，但是在实际使用过程中，该阀门频繁出现无法调节、内漏等现象。为此，笔者针对短节液位调节阀存在的问题，分析其损坏原因并提出解决措施，以保障BGL气化炉的长周期稳定运行。

1 工艺流程

制气装置以块煤为原料，采用3台（二开一备）直径3.6 m的BGL气化炉，在4.0 MPa压力下实现气化。从输煤皮带来的块煤经过煤仓存储，通过流煤槽到煤锁中，在煤锁中进行加压到与气化炉压力相等，然后输送到气化炉中，通过干燥层、干馏层、气化层、燃烧层与气化炉下部喷入的气化剂（中压过热蒸汽+氧气）进行复杂的化学反应从而产出粗煤气。气化炉出来的粗煤气依次经过洗涤冷却器B1206、废热锅炉W1201两级除尘后，经粗煤气气液分离器F1207送往变换装置；废热锅炉W1201底部集液槽内的煤气水送往煤气水分离装置；经过煤气水分离装置处理后的煤气水回到洗涤冷却器B1206循环利用。制气装置单台炉工艺流程简图如图1所示。

2 存在的问题

自装置投运以来，短节液位调节阀多次出现无法调节、内漏等现象，经仪表人员多次解体检查，发现阀芯与阀座被闪蒸、气蚀（图2），阀门失去调节作用。每次检修都必须更换新的阀内件，一套内件使用周期大约3～4个月，由于该阀门每次故障时阀门前后的截止阀不一定能将调节阀隔离，导致检修被动，不能隔离时只能暂时调节阀芯方向或采用手动阀控制，严重时只能被迫停炉检修，对工艺生产影响巨大。

3 损伤原因分析

从调节阀LV3100－01的工艺参数（表1）可以看出，该阀门在高压差、高流速工况下，流体在流出缩流区域后，流体压力仍然低于流体温度对应下的饱和蒸汽压力，故汽化现象依然存在，流体形成气液两相流，该过程称为闪蒸。闪蒸的发生会形成两相流，使得液体流量不再随阀前后压差的增加而增加，出现阻塞流，且由于介质中含有固体颗粒，导致阀内件被冲刷，且缩流区域流速最大处冲刷最为严重。

该阀门为单座调节阀角阀，介质侧进底出，阀体采用流线型等通流道设计，阀体内没有任何死区，保证了固体颗粒不会在阀体内沉积。阀芯与阀杆采用一体化设计，粗壮的阀杆具有较高的刚度，可防止阀杆变形弯曲。阀芯、阀座采用316SS与碳化钨烧结设计，碳化钨包裹阀芯、阀座的设计对介质的冲刷气蚀起到了很好的保护作用。阀座出口流道采用文丘里设计，有利于介质的流通，减少对阀门的冲击。从阀门的设计来看

阀门没有降压功能，其结构如图3所示。从图2来看，阀芯的末端出现了严重的碳化钨冲蚀，可见阀门在小开度下时对阀内件冲刷较严重，阀门前后压差较高，流速快，夹杂着颗粒物对碳化钨产生冲刷较强。同时也可以看出，阀门在小开度下阻塞流会引起闪蒸和气蚀，两种作用的情况下使阀内件短时间内损坏。阀内件材质已经采用碳化钨，其硬度（HRC60）与抗冲刷能力已经足够高，所以需要通过降低阀门两端的压差来延长阀门使用寿命。

4 解决措施

4.1 控制壓力降

由上述分析可知，降低压差，减小流速，消除阻塞流是解决阀内件故障的关键所在。经研究，降低压差、减小流速的最佳方案是增加阀门的降压等级。由于在阀体内增加阀笼的方法在角阀阀体上难以实现，所以考虑在阀门前后增加限流孔板的方式。在阀前增加孔板，能够有效降低进入阀体的流速，阀后增加孔板可有效降低阀芯与阀座的压差，同时在相同负荷下可有效提高阀门开度，减小阀芯与阀座之间的流速。经过计算与试验，具体解决方案为：在阀门入口处增加两块14 mm的限流孔板，在阀门出口处增加一块17 mm的限流孔板（图4），从而减小压差，降低流速，防止阻塞流的产生，达到减小冲刷、气蚀，减少阀门故障率，延长使用寿命的目的。

4.2 改变阀内件材质

阀门阀芯材料为316+喷涂碳化钨，但在实际应用过程中，渣水成份中含有渣颗粒且硬度较高，阀内件材质抗冲击、冲刷力不足，运行较长时间后碳化钨喷涂层会被破坏，基材易被高压差渣水冲蚀，导致阀门内漏。

通过分析，将原分体式阀座改为一体式阀座（图5），阀座阀芯材质改为整体碳化钨烧结，不仅增加了硬度且抗冲刷能力增强。

5 结束语

BGL气化装置连接短节液位控制调节阀LV3100－01完成改造与维修后，交付工艺使用，阀门投用至今未出现因阀内件冲蚀而失效的故障，阀门运行情况良好，满足工艺工况要求。该阀门较未改造、修复前相比，极大地延长了阀门的使用周期，减少了日常维护工作量，降低了维修成本，可使单台维修成本每年降低1.2万元。实践证明，阀门内件的形式、材质的优化、降压孔板压力降的设计是合理的、成功的，可为日后类似阀门改造提供宝贵经验。

（收稿日期：2022-12-04，修回日期：2023-05-29）