鎖渣閥，也有人稱之為鎖斗閥，一般采用氣動(dòng)兩位開關(guān)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(shè)置三臺鎖渣閥：氣化爐激冷室或破渣機(jī)下部與鎖斗相連的管道上，即鎖斗入口側(cè)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(guān)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(shí)投用，當(dāng)氣化爐激冷室液位低低，引起氣化爐保安系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)，XV08也聯(lián)鎖關(guān)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(guān)頻繁，要求在高壓差情況下，實(shí)現(xiàn)雙向密封。

鎖渣閥位置關(guān)鍵，技術(shù)要求高，造價(jià)昂貴，頗受業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。

 

2          工藝要求

 

2.1 工藝流程簡介

如圖所示，氣化爐內(nèi)壓力為2.7～8.5MPa，而渣池通大氣，要使?fàn)t內(nèi)的灰渣排到渣池，必須將介質(zhì)的壓力減至常壓。當(dāng)XV09鎖渣閥打開、而XV10鎖渣閥關(guān)閉時(shí)，鎖斗與氣化爐處于一個(gè)系統(tǒng)，壓力相等，此時(shí)可以將氣化爐內(nèi)的黑水收集到鎖斗；相反，當(dāng)XV09鎖渣閥關(guān)閉，而XV10鎖渣閥打開時(shí)，鎖斗與渣池處于同一系統(tǒng)，壓力相等，此時(shí)可以將鎖斗內(nèi)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(zhì)

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(shí)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(zhì)中含有水、Cl-、H2S、MgO、Fe2O3、SiO2、Al2O3等成份，過程具有化學(xué)腐蝕和機(jī)械磨蝕。

 

2.2.2開關(guān)頻率

排渣周期即閥門開關(guān)頻率大約為30分鐘一次。

 

2.3 使用要求

2.3.1要求為開關(guān)球閥，應(yīng)按非阻塞流開關(guān)設(shè)計(jì)，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(dòng)方向，在下游壓力為大氣壓下的最大差壓時(shí)，達(dá)ANSI B16.104 Class v級密封要求。

 

2.3.3閥內(nèi)件和流道的材料應(yīng)考慮在介質(zhì)沖擊、腐蝕和磨蝕下有最好的可用性。

 

2.3.4閥門設(shè)計(jì)的超壓范圍大于其最大工作壓力的150％。

 

2.3.5要求快速動(dòng)作，從“全通→全關(guān)”或“全關(guān)→全通”的動(dòng)作時(shí)間為3-8s，并確保閥門動(dòng)作到位。

 

3          進(jìn)口鎖渣閥在國內(nèi)水煤漿加壓氣化裝置上的應(yīng)用

 

3.1 進(jìn)口鎖渣閥的使用業(yè)績

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

 

表1 已投用進(jìn)口鎖渣閥一覽表

由表1可知，國內(nèi)引進(jìn)的進(jìn)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(jìn)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(jìn)Texaco水煤漿加壓氣化技術(shù)的企業(yè)，采用的Neles鎖渣閥為硬密封氣動(dòng)球閥，在最多動(dòng)作25000次損壞后由重慶白市驛鍛造閥門研究所進(jìn)行了維修，修復(fù)后的鎖渣閥動(dòng)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(zhì)量還算可以，沒出大的問題，就是使用時(shí)間長了，把被磨損的密封面修復(fù)一下。

 

由于煤中灰分20%左右，灰熔點(diǎn)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(nèi)漏以及開關(guān)故障導(dǎo)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(jié)構(gòu)形式：單閥座、固定球、硬密封氣動(dòng)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(nèi)漏，鎖斗無法卸壓排渣，被迫停車；由于XV10 密封不好，導(dǎo)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(yán)重。分析認(rèn)為，鎖斗充壓時(shí)XV09閥承受過大反向壓力，導(dǎo)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(dǎo)致密封面關(guān)不嚴(yán)、嚴(yán)重泄漏，密封面損壞。這是由于當(dāng)時(shí)沒有細(xì)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(bǔ)救措施是：更換密封墊，在波紋管間隙增設(shè)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(yùn)行方式，減少反向壓力，以后運(yùn)行情況有所好轉(zhuǎn)。

 

Neles給華魯恒升供貨的6.5MPa水煤漿氣化裝置用鎖渣閥，在結(jié)構(gòu)上接受了在渭化的教訓(xùn)，采取了一些新的保證措施，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：固定球、雙閥座；閥桿與閥球一體化設(shè)計(jì)、加工；硬密封，采用刮削式、面密封閥座結(jié)構(gòu)，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(nèi)腔做420不銹鋼內(nèi)襯。應(yīng)該說，Neles的這種結(jié)構(gòu)和配置有創(chuàng)新性，在當(dāng)時(shí)屬于比較好的結(jié)構(gòu)。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(yán)重內(nèi)漏導(dǎo)致氣化爐無法繼續(xù)運(yùn)行。

 

華魯恒升委托重慶白市驛鍛造閥門研究所對該閥進(jìn)行了修復(fù)：閥球焊補(bǔ)，密封面重新噴涂，更換損壞的彈簧；但用了不長時(shí)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(jìn)行了維修，經(jīng)華魯恒升技術(shù)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(shí)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(quán)的技術(shù)――環(huán)形彈簧包覆氟橡膠，累計(jì)使用時(shí)間明顯延長。

 

3.2.2 其它品牌進(jìn)口鎖渣閥

Perrin鎖渣閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：單閥座、固定球，閥球、閥桿兩體式靠四方連接傳遞動(dòng)力；硬密封，閥座采用若干個(gè)柱形彈簧（成一圈布置）加載；沖洗水設(shè)計(jì)為選項(xiàng)：Perrin的意見是閥門在每次開關(guān)過程中都進(jìn)行沖洗可以達(dá)到最優(yōu)的效果，但這樣會(huì)使鎖渣閥的配管復(fù)雜化，浩良河、南化公司都選擇了這一選項(xiàng)；閥球可設(shè)計(jì)為V型切口，V型切口可使球閥在小開度時(shí)的物料順暢地進(jìn)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(rèn)閥球、閥座硬質(zhì)合金層脫落。

 

Argus鎖渣閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：固定球、雙閥座，閥球、閥桿兩體式靠花式銷鍵連接傳遞動(dòng)力；硬密封，閥座具有刮刀式邊緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用碟形彈簧或柱形彈簧加載；閥體兩側(cè)設(shè)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(dòng)球，閥球與閥桿為兩體式，下游閥座固定，上游閥座可移動(dòng)，密封端為下游閥座，管道內(nèi)介質(zhì)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(yùn)行基本平穩(wěn)。其主要缺點(diǎn)是所需工作轉(zhuǎn)矩大[5]；浮動(dòng)球閥的閥球、閥桿連接處必須設(shè)計(jì)得有一定間隙，長時(shí)間或頻繁動(dòng)作后存在間隙變大、打滑、滑脫的隱患，到時(shí)候可能會(huì)使閥球不能開關(guān)到位。

 

4          鎖渣閥的國產(chǎn)化

 

4.1　國產(chǎn)化鎖渣閥概況

進(jìn)口鎖渣閥價(jià)格昂貴，制造周期長，零配件供應(yīng)不及時(shí)，維修不方便，一旦故障會(huì)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(shù)的煤化工企業(yè)對此進(jìn)行了積極的探索，相應(yīng)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(dá)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(jìn)口鎖渣閥，與進(jìn)口鎖渣閥互為備用，該鎖渣閥結(jié)構(gòu)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(dá)閥門制造有限公司定做了兩臺鎖渣閥，其結(jié)構(gòu)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(jī)械連接，該鎖渣閥剛投用時(shí)因局部問題曾造成了單臺氣化爐系統(tǒng)停車，后又進(jìn)行了維修、改造。

 

2005年7月，兗礦國泰在采用進(jìn)口鎖渣閥的同時(shí)，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?yàn)樾孤﹩栴}，后來兗礦國泰鎖渣閥又全部改用進(jìn)口的了。

 

2006年5月份投產(chǎn)的山西豐喜肥業(yè)集團(tuán)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(dǎo)致充壓時(shí)間長，因閥門設(shè)計(jì)制造問題經(jīng)常出現(xiàn)灰渣進(jìn)入閥球與閥座之間導(dǎo)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(cuò)，一年多沒出過問題，就是笨重了些。

 

金陵石化開始時(shí)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(jìn)口鎖渣閥，局部采取了一些新的結(jié)構(gòu)、材料，屬于改進(jìn)式維修，維修后的鎖渣閥與原來相比，累計(jì)使用時(shí)間有明顯延長。由于修復(fù)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(jié)語

 

漢德閥門引進(jìn)外國產(chǎn)品和技術(shù)后，在使用中注意研究其優(yōu)缺點(diǎn)，在對其維修、改進(jìn)式維修中消化吸收，是一種切實(shí)可行的方式。有關(guān)單位采用國產(chǎn)化的鎖渣閥對相應(yīng)進(jìn)口產(chǎn)品或代用，或備用，有的使用性能比進(jìn)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(yùn)行。