粉煤三通閥在Shell粉煤氣化中的應用及國產化改進

粉煤三通閥（又稱粉煤換向閥）是Shell粉煤氣化工藝的關鍵控制設備之一，安裝于氣化爐燒嘴前，用于控制粉煤在循環管道與投煤管道之間切換流動，將粉煤輸送至氣化爐燒嘴。通過閥門的介質是由4MPa氮氣輸送的粒度為0.05~0.10mm的粉煤，操作溫度為80e，閥門zui大允許關閉壓差達5.8MPa。廣西柳州化工股份有限公司（以下簡稱柳化公司）在Shell粉煤氣化裝置中使用的粉煤三通閥系從國外進口，自2007年初開工以來，在使用過程中頻繁出現閥門開關不到位、閥塞和閥座卡死等問題，無法及時將粉煤輸送至燒嘴。而該粉煤三通閥的生產廠家在國內無服務中心，備件準備和閥門維修滯后，同時在線檢修更換也存在很大的安全風險。在實際運行中，因該粉煤三通閥故障曾造成多次降負荷生產，甚至裝置被迫停車，嚴重影響了裝置的正常運行。

粉煤三通閥在Shell粉煤氣化中的應用及國產化改進

1 粉煤三通閥的工作原理和特點

粉煤三通閥由閥體和閥塞組成，閥塞上有1個入口和2個出口，其內部結構見圖1。正常運行時，使用直通出口向氣化爐燒嘴管線輸送粉煤；系統開、停車時，使用旁路出口使煤粉經循環管線返回粉煤倉。由于開啟和關閉位置之間的角度為30b，行程較短，閥門啟閉時間很短，對管線造成的流量擾動小，可以保證開、停車過程的平穩性。

圖1 粉煤三通閥內部結構

粉煤三通閥采用浮動式圓柱面閥塞，其密封形式為面密封，密封等級為IV級。閥塞有2個平行的呈微小錐形的流體通道，閥體進口端尺寸略大于閥塞出口端尺寸，閥體進口端與閥塞之間有0.1mm的間隙。閥門工作時，介質的壓力將閥塞推向閥體出口端，主要利用閥體進口端尺寸略大于閥塞出口端尺寸進行密封，閥門動作需要較大的扭矩，其配置的執行機構采用標準90°執行器和1：3變速箱，其目的是通過增加閥門的開啟時間來增大輸出扭矩。

（1）工作原理

閥體和旋塞精密配合，旋塞上設平行雙通道，由氣缸驅動作30°回轉。氣缸失電失氣時，燒嘴管線關閉，循環管線接通（圖2）；氣缸得電得氣時，轉子逆時針轉動30°，燒嘴管線接通，循環管線關閉（圖3）。

圖2 氣缸失氣（燒嘴管線關閉，循環管線接通）

圖3 氣缸通氣（燒嘴管線接通，循環管線關閉）

（2）使用要求和特點

①切換動作要求準確、可靠、靈敏、到位，不能有偏差。若閥門開啟不準確，將會造成粉煤流紊亂、燒嘴跳車，還可能造成燒嘴燒壞的重大事故。

②流通介質為粉煤，開車正常后該閥長期運行，要求該閥抗沖刷能力強，不易被粉煤卡死。

2 粉煤三通閥使用故障分析

粉煤三通閥在運行過程中出現的故障主要包括閥門卡滯、動作不到位或打不開，修復后效果仍不理想，其主要原因如下。

（1）閥門開啟時，介質會泄漏至閥體與閥塞之間的間隙內，由于閥塞是浮動的，泄漏的介質會逐漸向閥塞擠壓，導致閥塞偏離中心。而其執行機構的開啟時間較長；閥門在運行一段時間后，閥體與閥塞之間全部充滿介質，使得閥門扭矩越來越大，直至卡死。

（2）閥塞與閥體的間隙使用聚四氟乙烯進行潤滑，但在溫度較低時，內襯聚四氟乙烯的潤滑性能下降，遇到粉煤侵入就會造成阻力大幅上升，導致了旋轉受阻。可采取的措施有：對閥體和管線進行保溫，使閥體內部的工作溫度達60°C以上，以保證聚四氟乙烯的密封性能；嚴格控制粉煤的粒度、含水量，避免粉煤侵入。

粉煤三通閥在Shell粉煤氣化中的應用及國產化改進

3 粉煤三通閥的國產化改進和技術特點

原粉煤三通閥卡死的原因是由于閥塞的浮動結構形式及其面密封的形式，而且進口粉煤三通閥價格昂貴、制造周期長、零配件供應不及時、維修不方便，一旦發生故障，將對裝置生產造成極大影響。鑒于此，柳化公司于2008年初選用國內某研究所生產的粉煤三通閥進行國產化試驗。該閥投用后，使用效果得到明顯改善，運行至今一直未出現故障。2009年7月，參照國產化粉煤三通閥結構對1臺進口粉煤三通閥進行改造，將原浮動球結構改為固定球結構，重新投用后也取得了比較好的效果。

國產化改進后的粉煤三通閥具有如下的技術特點。

（1）采用變徑的銳角換向平行雙通道轉子技術，降低了換向流動阻力，縮短了換向時間，可避免粉煤堵塞。

（2）采用固定式閥塞（非浮動），閥塞兩端的轉軸分別通過套裝在轉軸上的軸承徑向定位于上閥蓋和下閥蓋的軸孔中，使閥塞不能徑向偏移，解決了浮動閥塞易造成閥門卡死的問題，確保介質流向平穩切換而不會出現紊亂現象。

（3）閥塞軸向由抗磨止推墊定位，碟形彈簧補償止推墊磨損，對閥塞形成軸向頂推的可調彈性壓蓋。

（4）在閥塞流道進、出口分別增設防塵密封圈，提高了閥門的密封性和閥門的密封等級，防止粉煤進入閥塞和閥體間隙。

（5）執行機構選用快速進排氣型、30°行程的大扭矩氣缸，并配用大流量、穩定可靠的電磁閥等附件，取消原變速箱；閥塞上軸直接與氣缸連接，縮短了閥門開啟和關閉時間，確保閥門動作到位、靈敏可靠，同時也減少了開啟過程中介質泄漏至閥體內，延長了閥門的使用壽命。

4 結語

國產化改進后的粉煤三通閥通過在柳化公司生產裝置的實際使用，證明其*可以替代進口閥門，不僅保障了Shell粉煤氣化裝置的穩定運行，而且大幅降低了采購成本。