王兴寿
（云南天安化工有限公司，云南 安宁650309）
［摘 要］云南天安化工有限公司Shell气化装置飞灰过滤器（S1501）设置有24组滤棒，S1501反吹系统配置有24台快开角阀（反吹阀），运行至2022年2月，24台快开角阀已动作约36万次，陆续出现内漏（阀座密封损坏）、外漏（波纹管破裂）。通过对快开角阀生产中陆续发生过的故障的原因进行分析，天安化工在快开角阀发生故障时采取了必要的应急处理措施，并对快开角阀实施了一系列的优化改造（包括改进阀座密封环材质、改变阀座密封环加工尺寸、改变阀杆设计尺寸、加装减震器、波纹管上法兰盖孔加导向环以及严格控制检修质量）。2022年5月快开角阀优化改造、阀门内件更新完成后，快开角阀再未出现过异常的阀座损坏及波纹管破裂情况，加装减震器后快开角阀的震动非常小，有效提升了反吹阀的使用寿命，助力了飞灰过滤器反吹系统的安全、稳定、优质运行。
［关键词］Shell气化装置；飞灰过滤器；反吹系统；快开角阀；运行问题；原因分析；应急处理；优化改进
［中图分类号］TQ055.8+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）01-0014-04
1 概 述
云南天安化工有限公司（简称天安化工）500 kt/a合成氨项目配套1套Shell气化装置，其飞灰过滤器（S1501）设置有24组滤棒，S1501反吹系统配置有24台快开角阀（简称反吹阀），即1组滤棒顶部安装1台反吹阀——反吹系统利用快开角阀的快开特性，将超高压高温的氮气吹入过滤系统以清洁滤棒，从而使滤棒能起到更好的过滤作用。如果反吹系统出现问题，将可能导致滤棒损坏、粗合成气过滤不合格、氮气管网压力不稳定等一系列影响气化装置正常运行的问题，严重时将导致气化装置事故停车。总之，快开角阀的正常工作对于飞灰过滤器的长期稳定运行起着至关重要的作用。
S1501反吹系统24台快开角阀采用西门子S7-400PLC系统控制，正常生产时每台角阀间隔12 min动作反吹滤棒1次，快开角阀每次开关时间为250 ms，每2台快开角阀启闭间隔时间为30 s，要求快开角阀打开时间＜100 ms、关闭时间＜100 ms；快开角阀工作气源压力为0.85 MPa，反吹氮气压力7.82 MPa、温度225 ℃，粗合成气压力3.9 MPa、温度345 ℃；快开角阀前后压差3.9 MPa左右。可以看到，反吹阀长期在高温高压下高频率、高强度地快速动作。由于S1501反吹阀的快开、快关、高压差及其结构特性，其在高速动作过程中因对阀座密封、阀内件的冲击而产生较大的阀体震动，严重影响反吹阀的使用寿命，曾出现过因震动大而阀门密封损坏、波纹管破裂、阀杆断裂、阀芯（阀盖）螺栓松动、气缸杆断裂、气缸活塞螺栓松动等一系列影响反吹阀正常工作的问题。
天安化工Shell气化装置自2008年投产以来，生产中陆续发生过S1501反吹阀开关不灵活、外漏、内漏、阀杆断裂、阀座损坏、波纹管与内部阀杆摩擦严重造成波纹管破损密封失效、阀内件冲刷严重等问题，需频繁在线更换反吹阀（不停设备，只是关闭反吹阀前后截止阀进行更换），增加了维护工作量与运行成本及安全风险。2022年以前，天安化工对S1501反吹阀主要进行了如下改进或尝试：① 因阀杆细2012—2013年曾出现过3次使用中反吹阀阀杆断裂的现象，于是将阀杆由原来的M24×3 mm加粗为M30×3 mm；② 为降低反吹阀维护成本，尝试过国内某公司生产的“两段式”波纹管，线下试验发现没有现役“一体式”波纹管密封性好，且其机械强度达不到设计要求，故未安装至现场使用；③ 整个控制阀的PLC系统硬件、软件增加了“冗余”，现场重新安装了手动控制箱，以便在自动控制失效时现场进行手动操作（逐一按顺序操控反吹阀）。运行至2022年2月，24台快开角阀已动作约3.6万次，陆续出现内漏（阀座密封损坏）、外漏（波纹管破裂）现象。为此，天安化工立项并于2022年5月完成快开角阀的改造（尤其是加装减震装置来提升快开角阀的使用寿命）、阀门内件的更新工作。以下对有关情况作一简介。
2 快开角阀损坏原因分析
（1）通过对快开角阀损坏的阀座密封环进行分析，密封环材料（聚苯并咪唑，简称PBI，是一种特种工程塑料，被认为是目前耐热性能最好的塑料）及设计、加工方面存在缺陷，或材料配方不适合快开角阀工况——与原厂密封环外观颜色有明显差异，进口原厂密封环颜色偏灰色，国产密封环颜色偏黑色。
（2）实测发现，进口原厂阀座设计预压缩量为0.3 mm，国产阀座设计预压缩量为0.6 mm，相较于快开角阀密封环原设计压缩量偏大，导致阀门轴向密封比压偏大；阀座与阀座定位环设计为过渡配合，间隙量为-0.013 mm，间隙设计值偏小，阀座热膨胀间隙不够；隔离环与密封环的安装配合尺寸设计不合适。上述原因会导致快开角阀在高频、高速动作时阀芯对阀座产生较大的冲击而造成阀座径向挤压破裂脱落。
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