气化炉灰锁上阀损坏原因分析及对策

1、气化炉灰锁上阀损坏原因分析及对策山西潞安煤基合成油有限公司【摘要】介绍了鲁奇气化炉灰锁上阀密封和结构和原理，对灰锁上阀故障率高、使用寿 命短的原因进行了分析并提出改造方案，总结了解决该类问题的主要对策。【关键词】气化炉 灰锁 上阀 碳化钨 硬质合金山西潞安煤基合成油有限公司共有6台鲁奇气化炉，灰锁为气化炉下部排灰装置，上阀 是灰锁的核心关键部件，需要在高温下频繁开关操作，在关闭时必须严格保证密封性能，才 能保障灰锁正常泄压排灰。鲁奇公司设计的加压气化炉多用褐煤为原料，而在我公司以贫煤 为原料，贫煤中煤砰石等硬块较多，形成的灰渣颗粒硬度较大，残炭高，由于灰锁上阀密封 面与灰渣直接接触，灰锁温度高

2、，工作环境恶劣，高负荷时灰锁开关十分频繁，阀头阀座反 复撞击，致使灰锁上阀故障率高，阀头或阀座受损后，经常导致停炉，成为我公司系统稳定 运行的一大障碍。在对上阀阀头阀座进行一系列改造并优化操作后，取得了良好效果。-、气化炉灰锁设计数据及上阀结构1、灰锁设计数据：设计压力：3.6MPa；工作压力：03.15 MPa；设计温度：470C工作温度：400C ；工作介质：灰渣/蒸汽；材质：15CrMo2、上阀结构1灰锁上阀结构及原阀座碳化钨密封圈下图1所示，原设计阀头与阀座为一道碳化钨硬密封圈，阀头、阀座材质为15CrMo。因其操作条件最差，操作温度较高，而且灰渣磨损严重，为延长阀门寿碳化铝命，其阀座

3、上增加了蒸汽入口，在阀门关闭时接触面吹入蒸汽，吹除密封面上的灰渣，从而 保证阀门的密封效果。另外为了降低阀座温度，使阀座硬度不因温度过高而造成降低，制成 了内有水夹套式的阀座，在使用时，将锅炉给水循环通入冷却阀座，但目前任何厂家没有投 用吹扫蒸汽和冷却水。二、故障原因分析图2阀座密封圈断裂损坏情况图2所示分别为两次上阀密封失效后，检查阀座碳化钨密封圈的情况，均为大面积断裂， 且断口附近约10cm范围内原贴合紧密的阀座与密封圈出现约1-2mm的间隙，并有明显的冲 刷磨损，通过对比数次损坏情况，判读其直接原因为：原设计贴合紧密的密封圈与阀座配合 处，在运行中出现局部间隙，在高温高压气体冲刷磨损后间

4、隙加大，导致阀座局部密封圈受 力后无法传递到阀座上，频繁的冲击震动进一步加剧配合处间隙的扩大，直至局部应力过大 造成碳化钨密封圈断裂并很快破碎脱落。主要原因总结为以下几点：1、设计结构及加工装配问题原结构两种材质热膨胀系数相差大，对加 工及装配精度要求高。如图3所示，阀头碳化 钨密封圈通过压盖加石墨垫压紧在阀头上后将 压盖螺栓电焊，阀座碳化钨密封圈则通过液压 机压紧在阀座上，上部锥体则通过焊接顶住密 封圈上部，对密封圈上下两端配合面平行度要 求极高，机加工时可以保证，但在装配时阀头 通过螺栓紧固，阀座密封圈上部则需要焊接完 成，出厂冷态时检测无配合间隙，但在灰锁上 部运行时，温度高，温差大，因

5、阀体与密封圈 热膨胀系数相差较大，两者配合面极易出现局 部间隙过大，密封圈局部受力不能同步传递到 阀体上的情况，且在高温下灰渣及蒸汽的闪蒸冲刷磨损很快会将该间隙扩大。2、碳化钨密封圈性能碳化钨密封圈具有硬度高（8693HRA，相当于6981HRC）;热硬性好（可达900 1000C，保持60HRC）;耐磨性好；导热性好等特点，这都是在灰锁上使用工况苛刻所选择它 的原因，但它也具有脆性高的特点，一旦出现第1条所述的局部配合间隙扩大，受力不能同 步传递到阀体上的情况，极易发生脆性断裂。3、煤种及闪蒸问题鲁奇公司设计的加压气化炉多用褐煤为原料，而在我公司以贫煤为原料，一是灰渣残炭 量高，导致灰锁温度

6、居高不下，上阀与气化炉炉体连接，温度更高，使用环境差；二是煤砰 石含量高，灰渣固体颗粒硬度大，当发生“闪蒸”时冲刷磨损加剧，由于气化炉和灰锁内3.0 MPa的蒸汽降到接近常压的排灰过程中，速度骤然升高，原来的饱和水蒸气因压力降到液体 临界压力以下而使部分液滴转化为气体，另一部分液滴在气体裹带下连同固体颗粒一起高速 度冲击上阀密封面，并冲击扩大密封配合处存在的间隙。4、原料煤砰石含量高，供煤除铁效率低因原煤砰石含量高，加之供煤使用的除铁器效率较低，进入灰锁的灰渣中容易存在较多 的大块砰石甚至未熔化的铁器等，在上阀频繁开关冲击的情况下，极易损坏密封面，尤其当 发生前3条所述情况时，局部点受冲击，很

7、快导致密封圈脱落。5、操作不精细灰锁上阀的操作，需要操作工配合运行工况精细化操作，但在开关阀、以及为排灰需要 频繁的“振阀”操作时，主要靠操作工工人经验及“手法”确定，如果情况判断不准，操作 不细，开阀不到位或是振阀过于频繁，都易加剧或造成局部冲击受力加剧。三、上阀改造方案及对策原密封圈处改为曲静整体堆焊密封表面激光熔覆碳化鸨涂层图4上阀改造方案及改造后效果在准确分析原因的基础上，对上阀结构及密封处材质进行改进，并优化了上阀的使用环 境及操作：1、取消原碳化钨密封圈，改进结构及材质如图4所示，为避免原因分析中第一条的影响，将碳化钨密封圈取消，密封处改为优质 硬质合金堆焊，并在硬质合金表面激光熔覆碳化钨涂层。一是使密封件与阀体成为一体，避 免出现二者装配及使用中发生配合面出现间隙并扩大的情况；二是表面激光熔覆碳化钨后还 能保持原碳化钨密封圈的优秀性能；三是即使局部受到硬物冲击或磨损，不会造成原结构密 封圈大面积脆性断裂脱落的情况，局部微小泄漏也能保证灰锁的正常冲压泄压，当泄漏逐步 加剧时，也能为计划停车和系统调整赢得时间，避免紧急停车引起的系统波动。2、提高捡矸及除铁效率除加大捡砰外，将供煤系统中的电磁除铁器改为永磁除铁器，并合理布置，提高除铁能 力，避免大的砰石和铁器进入灰锁上阀处。3、表格化控制，优化操