1．概述

殼牌粉煤氣化(SCGP)技術(shù)是當(dāng)前世界范圍內(nèi)已工業(yè)化的煤氣化技術(shù)中最先進(jìn)的，尤其是粉體處理技術(shù)和控制系統(tǒng)均有全新的設(shè)計(jì)理念，其中大量使用了邏輯順序控制，而順序控制最終是通過(guò)閥門的準(zhǔn)確動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣化裝置粉體單元通過(guò)粉煤儲(chǔ)罐、放料罐與給料罐之間的鎖斗閥、平衡閥和泄壓閥的周期性隔離、連通、排放實(shí)現(xiàn)煤粉的傳送，該順序控制無(wú)需或只需極少的人工干預(yù)。

由此可見，鎖斗閥能否正常工作直接關(guān)系到氣化爐的給料能否順利進(jìn)行，對(duì)其故障原因的分析及解決對(duì)保障氣化裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行有著重要的意義。

2．鎖斗閥的參數(shù)和工況

公稱通徑：DN300，壓力等級(jí)：PNl0.0，工藝介質(zhì)：氮?dú)?粉煤，操作溫度：80℃，操作壓力：4.7Mpa，密封等級(jí)：V級(jí)，閥門動(dòng)作頻次：開關(guān)各1次/20分鐘。

3．BURGMANN鎖斗閥的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)

安慶粉煤氣化裝置上使用的進(jìn)口鎖斗閥是BURGMANN公司生產(chǎn)的全通徑硬密封固定球閥。BURGMANN鎖斗閥的結(jié)構(gòu)見圖l。其閥體為兩塊式，材質(zhì)WCB，流道內(nèi)襯雙相鋼耐磨套，閥體設(shè)吹掃口。球體側(cè)裝，上下轉(zhuǎn)軸的凸輪狀頭部插入球體，轉(zhuǎn)

軸由閥蓋中的軸套定位。密封副由碟簧預(yù)緊的閥前密封型閥座和球體組成，球體和閥座的基材為雙相鋼2205，密封面噴焊鎳基合金，硬度HRC60。閥座帶刮掃刃，防止固體顆粒進(jìn)入密封面。閥門配單缸雙作用單撥叉氣動(dòng)執(zhí)行器。

BURGMANN 鎖斗閥為介質(zhì)上游密封型固定球閥，介質(zhì)壓差對(duì)球體的推力通過(guò)閥桿傳遞到閥體上，壓差使上游閥座貼緊球體而密封，啟閉扭矩受壓差影響小。

4．BURGMANN 鎖斗閥故障統(tǒng)計(jì)、分析和改進(jìn)措施

4．1 鎖斗閥故障統(tǒng)計(jì)

鎖斗閥在頻繁動(dòng)作過(guò)程中，特別是運(yùn)行一年后多次出現(xiàn)故障。根據(jù)統(tǒng)計(jì)：2007年1月25日—2009年8月20日，4臺(tái)粉煤線鎖斗閥共出現(xiàn)故障54次，2007—2009年裝置在運(yùn)期間日平均故障率見表1，各類故障所占比例見圖2。

根據(jù)圖2，鎖斗閥故障歸納為以下幾類：(1)支架開裂和扭曲變形；(2)氣動(dòng)執(zhí)行器活塞桿斷、輸出軸銅套和撥叉嚴(yán)重磨損；(3)閥門開關(guān)不到位等。

表1 2007-2009年裝置在運(yùn)期間鎖斗閥日平均故障率

序號(hào)	故障次數(shù)	裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)間（天）	在運(yùn)期間日平均故障率（%）
2007年	13	179	7.26
2008年	40	246	16.26
2009年	1	122	0.82

4．2 支架故障

閥門氣動(dòng)執(zhí)行器支架扭曲變形，四角開裂。

4．2．1 支架故障分析及造成的后果

在原支架三維模型的氣缸連接面加載扭矩5292N—m(此數(shù)據(jù)為進(jìn)口廠商提供)，固定支架底面，對(duì)支架進(jìn)行有限元分析，分析如下：(1)支架下角應(yīng)力最大，且和材料屈服應(yīng)力相近，導(dǎo)致下角易開裂；(2)四角位移最大，為0.12mm；(3)原支架易變形損壞，導(dǎo)致氣缸輸出軸與閥桿不對(duì)中，引起氣動(dòng)頭零件磨損。

4．2．2 支架改造

支架加固改進(jìn)：(1)保證支架安全系數(shù)大于4；(2)支架四角位移下降一個(gè)數(shù)量級(jí)。支架改造后無(wú)變形扭曲和四角開裂現(xiàn)象。

4．3 氣動(dòng)頭故障

撥叉式氣動(dòng)頭輸出軸銅套磨損、活塞桿斷裂、撥叉開裂。

4．3．1 氣動(dòng)頭故障分析及造成的后果

(1)撥又氣動(dòng)頭理論計(jì)算基礎(chǔ)

單撥叉機(jī)構(gòu)，其輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算見下式，尺寸幾何含義如圖5。

式中：Q——撥叉機(jī)構(gòu)最小的輸出扭矩，N·mm；

Q——壓縮空氣對(duì)活塞的作用力(N)；

Q=π/4*D²P

D——?dú)飧變?nèi)徑(mm)；

h——?dú)鈩?dòng)裝置輸出軸中心O到活塞桿的垂直距離(mm)；

φ——輸出軸旋轉(zhuǎn)角(φ以O(shè)Y軸開始讀數(shù)，逆時(shí)針為正，±45°)；

R——輸出軸中心O到滑塊中心O1的距離(mm)，R=h/cosφ；

l——撥叉槽寬(mm)；

d——銷軸直徑(mm)；

μ——?dú)鈩?dòng)裝置摩擦系數(shù)，取0.15。

(2)氣動(dòng)頭的選型原則和進(jìn)口氣動(dòng)頭的原始數(shù)據(jù)

撥叉氣動(dòng)頭的選型一般要求其最小輸出轉(zhuǎn)矩M_min不小于M_球max的1.5倍。機(jī)構(gòu)的效率按η=0.8，即按下式選擇鎖斗閥氣動(dòng)頭M_minη=1.5M_球max。

進(jìn)口氣動(dòng)裝置測(cè)繪數(shù)據(jù)：銷軸直徑d=36，撥叉槽寬l=40，滑塊導(dǎo)向桿直徑50，h=100，活塞直徑D=430，廠商提供的球閥開閥扭矩M_球max=5292Nm。

(3)進(jìn)口氣動(dòng)頭的校核

將進(jìn)口鎖斗閥的閥門啟閉扭矩5292Nm，及其氣動(dòng)裝置的參數(shù)l=40、d=36、h=100、D=430、μ=0.15、η=0.8代入計(jì)算公式M_minη=1.5M_球max從而確定氣缸介質(zhì)壓力P=0.68MPa。

(4)氣動(dòng)頭的故障分析

依據(jù)撥又氣動(dòng)頭理論計(jì)算、選型原則、撥又氣動(dòng)頭的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校核得出：鎖斗閥要正常啟閉，進(jìn)口閥門的氣動(dòng)裝置的氣壓應(yīng)該為7kg／cm² ，考慮到閥桿進(jìn)煤粉和球與閥座之間的磨損加劇，該氣源壓力可能需要進(jìn)一步加大。可見進(jìn)口氣動(dòng)頭選型偏小，導(dǎo)致氣動(dòng)頭長(zhǎng)期在高氣壓狀態(tài)下頻繁啟閉，再加上支架變形損壞引起的氣缸輸出軸與閥桿不對(duì)中，進(jìn)一步造成氣動(dòng)執(zhí)行器零件的磨損和損壞。

4．3．2氣動(dòng)頭的改進(jìn)措施

(1)改造氣動(dòng)頭，使其在4kg／cm²～5kg／cm²的氣壓下輸出與閥門匹配的扭矩。

(2)對(duì)易損部件采用耐磨材料，如氣缸輸出軸套材質(zhì)改為球墨鑄鐵。

4．4 閥門開關(guān)不到位或卡死

閥桿卡澀，造成球體轉(zhuǎn)動(dòng)不到位或無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

4．4．1 閥桿卡澀原因分析及造成的后果

閥桿卡澀原因分析見圖6：(1)閥桿僅有一道防塵環(huán)，該環(huán)一旦磨損，煤粉進(jìn)入“閥桿與軸套”以及“閥桿與止推墊”之間的間隙，煤粉逐漸壓結(jié)，造成閥桿卡澀，閥門動(dòng)作困難；(2)軸套和閥桿咬合：軸套和閥桿材質(zhì)都是雙相鋼，出現(xiàn)咬合現(xiàn)象，導(dǎo)致閥門動(dòng)作困難。

4．4．2 閥桿卡澀的改進(jìn)措施

改進(jìn)措施見圖7：(1)閥蓋加密封氣口，通入稍高于介質(zhì)壓力的高壓氮?dú)?密封口第一道閥后必須加單向閥，以防介質(zhì)污染氮?dú)庀到y(tǒng))，防止粉體進(jìn)入閥桿和軸套間隙；(2)軸套多加幾道耐磨密封環(huán)，防止粉體進(jìn)入；(3)軸套改為和閥桿相異的材料一耐磨合金，防止軸套和閥桿咬合。

5．結(jié)語(yǔ)

通過(guò)加強(qiáng)支架、增大氣缸輸出扭矩、閥蓋加密封氣防塵等改造措施，大大地降低了進(jìn)口鎖斗閥的運(yùn)行故障，位號(hào)為12XV0232的進(jìn)口鎖斗閥，自2009年4月運(yùn)行以來(lái)只出現(xiàn)1次故障。

特別是在分析以上原因和總結(jié)改造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的鎖斗閥的國(guó)產(chǎn)化改造，取得了很好的效果，最早一臺(tái)國(guó)產(chǎn)化閥門已運(yùn)行8個(gè)多月無(wú)故障，不僅探索了鎖斗閥國(guó)產(chǎn)化的路子、大大降低了故障率和檢維修費(fèi)用，也為氣化裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

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