鎖渣閥，也有人稱之為鎖斗閥，一般采用氣動兩位開關球閥，是液態(tài)排渣的水煤漿、多元料漿（以下統(tǒng)稱水煤漿）和干煤粉氣流床加壓氣化裝置上最重要的閥門。如圖1所示，每臺氣化爐設置三臺鎖渣閥：氣化爐激冷室或破渣機下部與鎖斗相連的管道上，即鎖斗入口側有兩臺：XV08、XV09鎖渣閥，通常稱為上鎖渣閥，其中，XV09鎖渣閥受程序控制，大約每30min開關一次，而XV08鎖渣閥常開、在線備用，以備XV09鎖渣閥出現(xiàn)泄漏等的故障隨時投用，當氣化爐激冷室液位低低，引起氣化爐保安系統(tǒng)聯(lián)鎖動作時，XV08也聯(lián)鎖關閉，以防氣化爐工藝氣竄入鎖斗系統(tǒng)造成不良后果。鎖斗排放口一臺：XV10鎖渣閥，通常稱為下鎖渣閥，該閥的下口與大氣相通。鎖渣閥參加氣化爐的排渣程序控制，耐受高溫、高壓灰渣的直接磨蝕，開關頻繁，要求在高壓差情況下，實現(xiàn)雙向密封。

鎖渣閥位置關鍵，技術要求高，造價昂貴，頗受業(yè)內人士關注。

 

2          工藝要求

 

2.1 工藝流程簡介

如圖所示，氣化爐內壓力為2.7～8.5MPa，而渣池通大氣，要使爐內的灰渣排到渣池，必須將介質的壓力減至常壓。當XV09鎖渣閥打開、而XV10鎖渣閥關閉時，鎖斗與氣化爐處于一個系統(tǒng)，壓力相等，此時可以將氣化爐內的黑水收集到鎖斗；相反，當XV09鎖渣閥關閉，而XV10鎖渣閥打開時，鎖斗與渣池處于同一系統(tǒng)，壓力相等，此時可以將鎖斗內的黑水排入渣池。

 

2.2 使用工況

2.2.1閥門所通過的工藝介質

某操作壓力6.5MPa、日投煤量750t的水煤漿氣化裝置，鎖渣閥所通過的夾帶灰渣的～270℃的黑水：正常排渣時為10578kg/h，最大為13700kg/h，渣水混合，其中渣占50%，渣的粒度一般為：3~50mm。黑水介質中含有水、Cl-、H2S、MgO、Fe2O3、SiO2、Al2O3等成份，過程具有化學腐蝕和機械磨蝕。

 

2.2.2開關頻率

排渣周期即閥門開關頻率大約為30分鐘一次。

 

2.3 使用要求

2.3.1要求為開關球閥，應按非阻塞流開關設計，最小100，000次壓力和溫度循環(huán)操作。

 

2.3.2閥門要求雙向密封，在正向和反向的雙向流動方向，在下游壓力為大氣壓下的最大差壓時，達ANSI B16.104 Class v級密封要求。

 

2.3.3閥內件和流道的材料應考慮在介質沖擊、腐蝕和磨蝕下有最好的可用性。

 

2.3.4閥門設計的超壓范圍大于其最大工作壓力的150％。

 

2.3.5要求快速動作，從“全通→全關”或“全關→全通”的動作時間為3-8s，并確保閥門動作到位。

 

3          進口鎖渣閥在國內水煤漿加壓氣化裝置上的應用

 

3.1 進口鎖渣閥的使用業(yè)績

由于鎖渣閥技術要求高，位置關鍵，鎖渣閥本身若出現(xiàn)問題，會引起氣化爐停車，我國早期采用水煤漿加壓氣化技術的單位，采購鎖渣閥時大都選用了進口品牌。已經(jīng)投產(chǎn)的水煤漿加壓氣化裝置上使用的進口鎖渣閥品牌情況見表1。

 

表1 已投用進口鎖渣閥一覽表

由表1可知，國內引進的進口鎖渣閥品牌主要有四家，即：芬蘭Neles、德國Perrin、美國Argus和美國Mogas，其中芬蘭Neles鎖渣閥業(yè)績最多。

 

3.2 進口鎖渣閥的使用情況

3.2.1 Neles鎖渣閥

魯南化肥廠是我國最早引進Texaco水煤漿加壓氣化技術的企業(yè)，采用的Neles鎖渣閥為硬密封氣動球閥，在最多動作25000次損壞后由重慶白市驛鍛造閥門研究所進行了維修，修復后的鎖渣閥動作次數(shù)超過了35000次。

 

上海焦化、兗礦國泰采用的Neles鎖渣閥質量還算可以，沒出大的問題，就是使用時間長了，把被磨損的密封面修復一下。

 

由于煤中灰分20%左右，灰熔點高，渣量大，黑水溫度高，淮化使用的Neles鎖渣閥經(jīng)常因在黑水沖刷下密封面損壞、閥門內漏以及開關故障導致氣化爐單爐因此停車檢修，鎖渣閥的平均壽命12000次 。

 

Neles給渭化供貨的鎖渣閥結構形式：單閥座、固定球、硬密封氣動球閥，而閥座的背壓彈簧采用了波紋管。在開車初期，渭化出現(xiàn)的鎖渣閥問題較多：多次由于XV09閥內漏，鎖斗無法卸壓排渣，被迫停車；由于XV10 密封不好，導致鎖斗充不上壓，而不能正常收集爐渣。檢查發(fā)現(xiàn)，閥門密封面損傷，有劃痕，波紋管彈簧損壞逐次嚴重。分析認為，鎖斗充壓時XV09閥承受過大反向壓力，導致波紋管彈簧損壞：彈簧在過大推力下發(fā)生塑性變形、彈簧彈性力減弱，使得單座閥的閥座與球面之間無足夠的密封力，最終導致密封面關不嚴、嚴重泄漏，密封面損壞。這是由于當時沒有細致考慮6.5MPa氣化壓力下鎖渣閥所處的工藝條件。渭化采取的補救措施是：更換密封墊，在波紋管間隙增設伸縮限位用卡環(huán)，增加壓緊彈簧，防止波紋管受到大的推力發(fā)生塑性變形，改變運行方式，減少反向壓力，以后運行情況有所好轉。

 

Neles給華魯恒升供貨的6.5MPa水煤漿氣化裝置用鎖渣閥，在結構上接受了在渭化的教訓，采取了一些新的保證措施，其主要結構特點是：固定球、雙閥座；閥桿與閥球一體化設計、加工；硬密封，采用刮削式、面密封閥座結構，閥座采用環(huán)形彈簧加載；球體表面、閥座和彈簧表面噴焊(W/Cr)C，閥體和閥球內腔做420不銹鋼內襯。應該說，Neles的這種結構和配置有創(chuàng)新性，在當時屬于比較好的結構。2005年9月，氣化爐B因XV10鎖渣閥問題停爐，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)閥球密封面被沖刷出深40ｍｍ、寬50ｍｍ的坑，閥座密封面也被沖刷出幾處凹陷，表面覆層脫落，彈簧也因變形而失效，彈簧簧絲之間局部有爐渣顆粒，造成閥門嚴重內漏導致氣化爐無法繼續(xù)運行。

 

華魯恒升委托重慶白市驛鍛造閥門研究所對該閥進行了修復：閥球焊補，密封面重新噴涂，更換損壞的彈簧；但用了不長時間，密封面覆層仍有局部脫落。后來，幾臺氣化爐的XV09、XV10、XV08鎖渣閥陸續(xù)出現(xiàn)問題，情況和上述氣化爐B上的XV10閥損壞情況類似，華魯恒升又委托上海弘盛特種閥門有限公司進行了維修，經(jīng)華魯恒升技術人員與上海弘盛特種閥門有限公司的閥門專家一起探討，上海弘盛特種閥門有限公司維修時將密封面噴的碳化鎢厚度增加，而背壓彈簧，上海弘盛特種閥門有限公司則采用了具有自己知識產(chǎn)權的技術――環(huán)形彈簧包覆氟橡膠，累計使用時間明顯延長。

 

3.2.2 其它品牌進口鎖渣閥

Perrin鎖渣閥結構特點為：單閥座、固定球，閥球、閥桿兩體式靠四方連接傳遞動力；硬密封，閥座采用若干個柱形彈簧（成一圈布置）加載；沖洗水設計為選項：Perrin的意見是閥門在每次開關過程中都進行沖洗可以達到最優(yōu)的效果，但這樣會使鎖渣閥的配管復雜化，浩良河、南化公司都選擇了這一選項；閥球可設計為V型切口，V型切口可使球閥在小開度時的物料順暢地進入下游管道。2007年1～4月，南化公司陸續(xù)發(fā)現(xiàn)氣化爐A、氣化爐B上使用的Perrin鎖渣閥閥桿有裂紋并有部分材料脫落，閥球、閥座局部被沖刷出豁口；2007年5月，南京惠生發(fā)現(xiàn)氣化爐B下鎖渣閥出現(xiàn)泄漏，拆檢后確認閥球、閥座硬質合金層脫落。

 

Argus鎖渣閥結構特點為：固定球、雙閥座，閥球、閥桿兩體式靠花式銷鍵連接傳遞動力；硬密封，閥座具有刮刀式邊緣結構設計，采用碟形彈簧或柱形彈簧加載；閥體兩側設有吹掃口。金陵石化使用的Argus鎖渣閥，出現(xiàn)過硬化層剝落現(xiàn)象。

 

Mogas給南化公司提供的鎖渣閥為浮動球，閥球與閥桿為兩體式，下游閥座固定，上游閥座可移動，密封端為下游閥座，管道內介質的壓力(上、下游壓差) 將球體推向下游閥座，使兩者緊密接觸，而上游閥座通過碟形彈簧與球體緊密接觸。南化公司反映Mogas鎖渣閥自投用到2007年7月31日運行基本平穩(wěn)。其主要缺點是所需工作轉矩大[5]；浮動球閥的閥球、閥桿連接處必須設計得有一定間隙，長時間或頻繁動作后存在間隙變大、打滑、滑脫的隱患，到時候可能會使閥球不能開關到位。

 

4          鎖渣閥的國產(chǎn)化

 

4.1　國產(chǎn)化鎖渣閥概況

進口鎖渣閥價格昂貴，制造周期長，零配件供應不及時，維修不方便，一旦故障會造成單爐停車，對這種閥門急需國產(chǎn)化。一些采用水煤漿加壓氣化技術的煤化工企業(yè)對此進行了積極的探索，相應地，目前已經(jīng)有上海弘盛特種閥門有限公司、浙江五洲閥門有限公司、重慶白市驛鍛造閥門研究所和浙江超達閥門制造有限公司、武漢漢德閥門股份有限公司等閥門廠家涉足了鎖渣閥的國產(chǎn)化工作。

 

2002年初，淮化使用上了重慶白市驛鍛造閥門研究所生產(chǎn)的鎖渣閥，以替換經(jīng)常損壞的進口鎖渣閥，與進口鎖渣閥互為備用，該鎖渣閥結構為固定球、硬密封、閥座采用蝶簧壓緊。2006年，淮化又從浙江超達閥門制造有限公司定做了兩臺鎖渣閥，其結構為固定球、硬密封、閥座采用一圈柱簧壓緊，閥球、閥桿呈兩體機械連接，該鎖渣閥剛投用時因局部問題曾造成了單臺氣化爐系統(tǒng)停車，后又進行了維修、改造。

 

2005年7月，兗礦國泰在采用進口鎖渣閥的同時，局部也嘗試采用了浙江五洲閥門有限公司生產(chǎn)的鎖渣閥，據(jù)說五洲鎖渣閥因為泄漏問題，后來兗礦國泰鎖渣閥又全部改用進口的了。

 

2006年5月份投產(chǎn)的山西豐喜肥業(yè)集團臨猗分公司，水煤漿氣化采用了上海耐萊斯·詹姆斯伯雷和浙江五洲閥門有限公司兩家企業(yè)的鎖渣閥。后來因浙江五洲閥門有限公司產(chǎn)的鎖渣閥泄漏導致充壓時間長，因閥門設計制造問題經(jīng)常出現(xiàn)灰渣進入閥球與閥座之間導致閥球與閥座卡死現(xiàn)象，又采購了三臺上海弘盛特種閥門有限公司的鎖渣閥，該鎖渣閥使用情況還不錯，一年多沒出過問題，就是笨重了些。

 

金陵石化開始時也部分采用了浙江五洲閥門有限公司的鎖渣閥，由于頻繁出問題，后來全部改成了Argus的。

 

上海弘盛特種閥門有限公司給華魯恒升維修的進口鎖渣閥，局部采取了一些新的結構、材料，屬于改進式維修，維修后的鎖渣閥與原來相比，累計使用時間有明顯延長。由于修復需要一定周期，而這些閥門出現(xiàn)問題一般又比較集中，為了不影響生產(chǎn)，華魯恒升又委托上海弘盛特種閥門有限公司制造了三臺備用鎖渣閥。

 

5          結語

 

漢德閥門引進外國產(chǎn)品和技術后，在使用中注意研究其優(yōu)缺點，在對其維修、改進式維修中消化吸收，是一種切實可行的方式。有關單位采用國產(chǎn)化的鎖渣閥對相應進口產(chǎn)品或代用，或備用，有的使用性能比進口產(chǎn)品還好，有效地保障了水煤漿加壓氣化裝置的穩(wěn)定運行。