锁渣阀在四喷嘴水煤浆气化炉的应用

在使用过程中，阀球阀轴一体，优势就显而易见： a.阀球和阀轴联接不会变形，不产生偏心阻力。 b.由于阀球和阀轴一体化，两个轴向外推力基本抵消，防崩出推力 环磨擦力小，运行过程中，不会出现阻力增大现象。 浮动球没有下面阀轴，阀座是固定的，关闭时阀球贴紧阀座起到 密封作用。装配时和（半固定球）相似。
(5)执行机构因素 a.执行机构以作用动力来分，可分为电动、气动、液动三种行式。 电动执行机构力距大，动力供应简单，但是构造复杂，价格高，防 爆设计要求高。液动执行机构力距特别大，速度快，防爆性能好， 但需要建立液压油系统，不适用大批量远程输送。 气动执行机构构造简单，价格低，防爆性能好。压缩空气可以远程 输送，停气后压力不会马上消失，给工艺处理留有足够时间。气化 炉锁渣阀都采用气动执行机构。
1.2工作原理
锁斗排渣系统由一套逻辑联锁自动控制系统控制，每个循环周期约为30分钟，其 中收集渣的时间为28分钟，排放时间约为2分钟。激冷室底部的渣及少量的未被燃 烧掉的残碳通过锁斗入口阀收集在锁斗内。为了有利于渣的收集，锁斗顶部有一管 线，通过锁斗循环泵将锁斗上部的黑水加压循环回气化炉洗涤冷却室，作为锁斗循 环水，使洗涤冷却室中的黑水在向下流动的过程中将渣带下。 锁斗具体排渣过程：渣收集结束后，锁斗入口阀（XV--02）关闭，接着锁斗泄压 阀（XV--05）打开泄压，当锁斗压力指示小于（0.18MPa）时锁斗泄压阀（XV-05）关闭，接着锁斗冲洗阀（XV--06）打开对卸压管线冲洗，然后关闭。锁斗冲 渣阀（XV--04）打开，以便在排渣时对锁斗冲洗，带渣，将锁斗内的渣冲入渣池 内。锁斗出口阀（XV--03）打开，锁斗排渣，排渣后锁斗出口阀（XV--03）关 闭，锁斗冲洗阀（XV--04）关闭。排渣结束，锁斗充压阀（XV--07）打开将锁斗 充压至正常工作压力，充压完毕后关闭充压阀（XV--07），然后打开锁斗入口 （XV—02）阀。排渣完毕。锁斗继续下一个循环的渣收集过程。
(2)防崩出机构的影响
防崩出机构是由阀轴的一个台阶和阀密封腔一个推力环组成(如图7)：
(图7)

其作用是当阀内压力作用于阀轴上，阀轴向外运动，如果没有阻截，阀轴会 崩出来，密封推力环阻当这种情况发生。新阀门出厂时，阀球和阀轴紧密联 在一起，上下轴向外的力相互抵消。当运行一段时间后，四方槽或花键联接 的球阀出现间隙配合时，阀轴由于内压向外推，推力环阻止这个运动，同时 短轴也要推向下法兰，该磨擦力可以用公式1来计算：
2.锁渣阀结构
2.1阀体材质的确定
锁渣阀接触的工艺介质，是渣水混合物，介质含有氯根。对不锈钢 有氯根腐蚀，该腐蚀平时看不出来，当到一定时候，阀体会产生爆 裂，平时无法发现。为了避免这一灾难性事故，阀体可以选用双相 钢或碳钢，流道喷焊Stellite（斯特立）合金（也有用喷丸强化工 艺的）。阀杆应采用防喷杆结构设计，常用材质1Cr13锻件，镀Ni、 P，阀球唇口堆焊斯特立合金厚度不低于12mm，球整体喷涂或堆 焊硬质合金；阀座为316堆焊Stellite合金，堆焊层加工后不小于 1mm，阀座后弹簧材质为Inconel 750，阀座后须有防砂结构。 双相钢价格相当高，高于不锈钢数倍，国内制造厂家都选用碳钢制 做，阀门内件各不相同，各有特点。
(图8)
阀门经过长时间工作，一般半年以上就有问题出现，阀门动作阻 力増加，增加气源压力后，阀门动作又能正常工作，直至卡住。 阀门解体后发现煤渣进入弹簧，把弹簧垫死，失去弹性，阀球和 阀座磨擦力增加，执行机构力距带不动。 解决了背压弹簧煤渣不能进入弹簧腔内，也是保证气化炉锁斗系 统气动球阀长周期运行的关键问题之一。
2.2阀型的选用
由于锁渣阀处的流体具有高磨损性，同时又要求阀门密封性能好， 选用球阀，球阀密封面选用RJ密封面，泄漏等级选Ⅳ级密封，泄漏 等级太高了没有必要。国内煤化工厂家都是采用球阀，国外有采用 盘阀的，效果一般。
2.3阀球分类
球阀分为固定球和浮动球两种型式，°转角。大多数煤化工厂 家对固定球阀门情有独钟，都选用固定球的阀门。另外有一种轨道 球阀，不好说是直行程还是角行程，因为阀球还是旋转90°，但 阀柄是上下运动，通过螺旋线转换轨迹，这种在气化工艺阀中大批 采用。
2.3.1固定球由于阀球和阀轴联接方式不一样，大体可分为三片式、中 分式、一偏两片式(主副式)、顶装式几种形式(如图2)。
相对于中分式、顶装式球阀来说，一偏两片式、三片式机械加工 精度要求低，造价成本低，很多煤化工厂家都选用三片式或一偏 两片式。 固定球大部分也选用三片式结构，或一偏两片式。这主要是阀球 和阀长短轴之间联接方式不同，形成的。
(图5)
当前国内各个煤化工厂家使用的锁渣阀，无论进口或国产阀，大 都是三片式或一偏两片式固定式球阀，因为该结构加工容易，成 本较低，竟争力较强，但故障率相对高。 下面就锁渣阀经常出现的几种故障原因做一下分析：
(1)间隙磨损故障
四方槽或平行槽联接方式，经过几个月工艺 运行，阀球的四方槽、平行槽和阀轴的四方键 、平行键均有不同程度磨损（如果没经过硬化处 理的，则时间更短一些。）紧配合变成间隙配 合，如果是花键联接，时间长了，也会出现紧配 合变成间隙配，如图6。 出现间隙配合以后，前后阀轴和阀球圆心不 在一条线上，造成阀球旋转时，运动阻力增加， 出现阀门卡住，不得不拆下检修，需要重新对阀 球阀轴进行加工。 (图6)
(3)背压弹簧故障 球阀的密封是靠阀座紧紧贴在阀球 上密封的，而阀球又是转动的，所 以阀座必须是浮动的，阀座后面有 背压弹簧支撑阀座才能浮动。12” 以下阀门的弹簧一般采用板簧，12” 以上采用柱型簧，也有蝶型簧、蛇 型簧等，但没有绝对界限，各生产 厂家有各自技术特点。为了避免煤 渣进入弹簧或板簧，造成弹簧不能 动作，各厂都采取O型圈密封的方 法，隔绝流体与弹簧(如图8)
1 F = πd2 p × 0.15× 2 4
(公式1)
其中：F=磨擦力，单位牛顿/平方米；P=工作压力； d=阀轴直径；0.15=磨擦系数；2=两个轴
因此，该型球阀会在工作一段时间以后，磨擦力逐渐增加，以至后 来气动执行机构推不动球阀，出现卡住。如果调高气源压力，球阀 还可以工作一段时间，直到气源压力无法增加或是再增加也无用， 彻底卡死为止。 相对一体化阀球来说，以四方槽、平型槽或花键联接阀球和阀轴的 球阀，名义上叫固定球阀，但使用中容易出现问题，还不如叫半固 定球更确切些。由于真正的固定球阀，阀球和阀轴一体化成型后， 只能采用对夹或顶装式安装，加工要求精度高 难度大，成本就高， 所以大部分制造厂家只生产（半固定球）球阀，真正的固定球球阀 相对较少。

由于阀门作用不同，XV--03阀最容易损坏，其次是XV--02、07、08、09、 阀也是易坏的；XV--04阀工作介质是灰水不容易磨损；XV-05、06阀一般 不出问题。XV--01阀是安全阀，平时不动作，只有开停车动作，一般五 六年不用检修。有的气化炉设计就没有设计XV--01阀，也安全运行了近 二十年，设计理念不同。
2.3.2固定球阀球和阀轴联接结构
固定球阀球和阀轴三种联接方式： 第一种：方型槽或平行槽联接(如图 3)，阀球上开四方型槽或平行槽，阀 轴磨成四方或平面。各自硬化处理 后，进行组装联接。平行槽比四方槽 加工更简单一些。有的厂家为了降低 成本，不硬化处理直接使用，这种方 式最简单，成本最低，但使用效果最 差。
(图9)
虽然我们对阀球进行了硬化处理，但仅有1-2毫米厚度，我们建议 作法是：在阀球唇口处堆焊20毫米左右司太利合金（口径小的阀 门少焊一点），堆焊后再喷焊硬质合金。这样做的好处是唇口有 磨损时，只磨损了喷焊层和司太利合金，大大延长阀门使用寿 命；没焊接司太利合金，唇口磨损后很快露出阀体基材，如继续 使用就会加剧磨损，阀门很快损坏，造成阀门内漏。
关键词：多喷嘴对置式，气化炉，锁渣阀
1.气化炉锁斗系统工作原理
1.1锁斗系统
(如图1)
xv-01阀是锁斗安全阀，紧急状态 关闭，切断气化炉和锁斗联系； xv-02阀是锁斗集渣阀； xv-03阀是锁斗排渣阀； xv-04阀是锁斗冲渣阀； xv-05阀是锁斗卸压阀； xv-06阀是卸压管线冲洗阀； xv-07阀是锁斗充压阀； xv-08阀是锁斗与锁斗循环泵之间 切断阀； xv-09阀是锁斗循环泵循环阀； xv-10阀是渣池联通阀。
(4)阀球与阀座的磨损
阀球是球阀的主要零件，它的好坏将直接决定球阀的使用质量和使用寿命。各个生 产厂家竭尽全力在阀球上下功夫，特别是阀球的表面硬化处理。通常的做法是使用 超音速或离子速办法进行表面喷涂、喷焊硬质合金。还有用火花硬化处理等，不一 而足。 另外阀座密封线都是采用堆焊的方式加工的，性能较好。 喷涂工艺表面厚度一般地说小于1毫米，喷焊工艺小于2毫米；表面硬度在 54~58HRC左右。决定表面喷涂硬质合金质量好坏有三点因素：a.阀球喷焊前加 热温度和加热阀体的均匀度。温度过低，表面涂层会大面级脱落；加热不均匀，会 局部脱落。b.喷焊时气体流速，一般来说都要超音速喷焊技术，流速越高附着力越 好，越不易脱落。c.硬质合金配方及粒度。硬度越高耐磨性越好，但韧性差易脆 裂，硬度低韧性好但是耐磨性就差了；合金粒度也是一个重要因素，粒度细（目数 高），溶融好，粒度粗（目数低）溶融差。
(图3)

第二种：花键联接法(如图4)，阀 球和阀轴分别制成花瓣，进行组 装联接。这种方式相比方型槽联 接有进步，但对机械加工精度要 求高，成本增加。
(图4)

第三种：直接联接法(如图5)。阀球和 阀轴直接焊接在一起或用法兰等其它 方式直接固定在一体的方法。由于阀 球和阀轴的一体化，所以在阀门组装 时，只能采用中分对夹式或采用顶装 式的结构。
锁渣阀在多喷嘴水煤浆气化 炉的应用
2019年3月
摘
要：在多喷嘴对置式水煤浆气化炉生产操作控制过程中，锁渣阀
起着十分重要的作用，结合气化及排渣系统的高温、高压、易燃易 爆、反应剧烈、炉渣冲刷等特殊工况，选择合适的、高质量的锁渣 控制阀门用于生产操作、联锁控制过程中，达到安全稳定生产的目 的。本文着重介绍锁渣阀在水煤浆气化系统中的特殊结构及成功应 用。