煤化工阀门磨损机理分析及维修方法

煤化工阀门磨损机理分析及维修方法
摘要：随着能源、环境和效益等需求的不断提高，煤化工技术也在不断更新，
近年来国内外煤气化技术得到不断推广，像壳牌、U-GAS技术、单喷嘴冷壁式粉
煤加压气化技术、两段式加压气化技术、GE、SE、四喷嘴、多喷嘴等技术在国内
的新起，对阀门使用提出了相当高的要求。

到目前为止气化专用阀在我们国内应
用较多的是Argus阿克斯（德国）、burgmann博格曼（德国）、SHK上海开维喜（中国）、HS上海宏盛这四家的产品。

本文主要是对气化炉运行过程中阀门磨损进行研究。

关键词：球阀磨损修复
一、引言
兖州煤业榆林能化有限公司气化车间黑水、灰水工艺介质温度：100℃-240℃，固体含量：10～15% WT，阀门作用：介质隔离。

阀门因为各种条件的影响，在使用中多会出现泄漏、卡死及冲刷等现象，其中冲刷现象尤其严重。

调节角阀、煤浆切断球阀、锁渣阀、锁斗阀等关键性阀门选用国产化的同时。

维
修成本也成为考虑的关键因素。

对此，该公司及阀门维修业务承接单位对阀门磨
损问题进行了大量的探讨，现在就将部分阀门处理的举例说明。

二、阀门维修方案
（一）调节角阀维修方案
1、主阀体：主阀体经过除垢、清洗后发现阀体的通道有两处很深的冲蚀缺口。

维修方案：对缺口部位进行焊补，加工修复到测绘尺寸后通道喷涂WC。

2、副阀体：副阀体经过除垢、清洗后发现副阀体表面涂层剥落、生锈；流通
冲蚀严重，多处冲刷较深沟槽。

维修方案：对阀体表面重新处理，对缺陷部位进
行局部焊补，加工修复到测绘尺寸后通道喷涂WC。

3、球体：球体经过除垢、清洗后发现球体表面冲蚀特别严重，沟壑多处，无
法修复。

维修方案：球体损坏严重，更换新球体。

4、阀杆：阀杆冲刷磨损拉伤严重，修复至原样有较大困难；维修方案：为保
证阀门使用性能，更换新阀杆。

5、阀座：阀座经过除垢、清洗后发现阀座密封面有拉伤和冲蚀缺口，无法修
复至原有形状尺寸；维修方案：为保证阀门密封的可靠性，补焊后重新车洗或更
换新阀座。

6、其他零件：密封圈、填料、弹簧、主副阀体连接法兰垫片、标准件、操作
执行机构等清洗后检查是否有损伤，并判定是否维修或更换。

（二）煤浆出口阀门维修方案
1、主阀体及副阀体：经过除垢、清洗后发现主阀体的通道有一处很深的冲蚀缺口；维修方案：对缺口部位进行焊补，加工修复到测绘尺寸后通道喷涂WC。

2、球体：球体经过除垢、清洗后发现球体密封表面冲蚀孔多处呈密封面圆周
方向分布，表面有多处拉痕，球体与阀杆配合部分严重变形。

维修方案：球体密封面损伤或硬化层脱落，去除原硬化层，在喷涂前用高精
度数控球磨机将球体磨圆，密封面重新喷涂镍基合金（硬度HRC ≥ 60 ），重熔并
消应热处理；在喷涂后用高精度数控球磨机对球体表面进行磨削加工至尺寸要求，密封面研磨（球体与阀座相配合）至密封要求；球体与阀杆配合部位为保证阀门
动作开关准确到位，建议将配合扁方进行一定程度的修整。

3、阀杆、阀座与维修与调节阀同理。

其他零件：密封圈、填料、弹簧、主副
阀体连接法兰垫片、标准件、操作执行机构等清洗后检查是否有损伤，并判定是
否维修或更换。

三、阀门的失效分析
在长期应用、维修不同进口品牌阀门过程中，我们发现失效主要由高温、高压、快动作、强冲刷、易结垢等因素综合作用引起。

常见失效模式如下：
1、垢焦卡粘
卡粘导致的失效在上锁渣表现尤其突出。

介质中含有一定量的焦油成份。

上
锁渣通常是保持常开状态，如果不作周期性动作，焦油成分就很容易附着在暴露
部位。

积累到一定程度，就会影响到阀门的正常动作。

中锁渣和下锁渣相对来说
受结垢影响较大。

主要是介质中所含的灰份受阀前后温度变化影响很容易析出沉淀。

2、阀座蹦缺
阀座蹦缺首先是启闭过程中的瞬间，介质在高压作用下形成的高速度冲蚀；
二是气泡炸裂；三是长期的磨蚀。

3、球体龟裂
硬质合金选择上对炭化钨有特别偏好。

实际运用经验表明，这种方案容易出
现涂层龟裂进而脱落。

主要原因在于炭化钨本身过硬且同基材的兼容性差。

4、腔体进渣卡死
首先和阀门的结构相关：三段式结构常见的入渣点为阀杆与球体连接口、球
体和导向套接触面间隙、球体固定轴和导向套间隙等。

这除了三段式结构比两段
或者对分式结构多了一个泄漏点外，更重要的一点是阀杆传动球体的方式很容易
导致拉伤产生间隙。

由于上下两个导向板和球体的接触面积很大，会直接增加阀
杆负荷，提出更高的输出力矩要求。

长时间这样运转，接触面之间出现的咬伤会
日渐扩大，最终会导致进渣抱死。

其次和工装保证能力相关。

球体的圆度和表面
粗糙度，球体和阀座的配合程度，都在很大程度上影响阀门的进渣量。

综合锁渣面临的工况和实际失效特点，锁渣在设计上必须克服以下问题：一
是表面硬化涂层的处理，不光要有足够的硬度，同时还要有相当韧性；二是除焦
除垢；三是防内伤，尽可能减小阀杆和球体在作业中的负荷；四是工装保证。

5、传统硬化方案的失效分析
在维修不能品牌锁渣的经验基础上，我们发现传统强调足够的硬度并不全面。

实际上，锁渣遭遇磨损、冲蚀、气蚀的长期性这一特点就内含着对硬化涂层柔韧
性的要求。

传统炭化钨的工艺虽然能保证足够的磨损抗性，但是在面临强冲击时，涂层有很大的脱落风险。

炭化钨涂层刚性有余而韧性不足，和基材的兼容性差。

二者的结合无法突破
物理层面，不可能浑然一体来应对冲击。

再加上涂层过薄，这样基材就没有一个
缓冲的时间来化解瞬间的强冲击。

这个效果简言之就是隔山打牛。

日积月累，基
材内陷从而失去对涂层的支撑。

那么涂层脱落冲崩也就是水到渠成的事情。

6、进渣失效分析
进渣的影响因素包括：阀门结构和工装设备。

从结构上来看，由于锁渣阀面
临极其恶劣的工况，这就内含着简化阀门内部结构的要求。

要尽可能的减少咬合
连接点。

满负荷作业时，连接点的机械磨蚀会比较严重，咬伤、拉伤出现的几率
会大大增加；从工装设备来看，加工设备能保证阀球圆度和表面粗糙度能达到加
工要求的技术参数；要有高水平的检测试验平台。

四、针对失效分析阀门工艺维修改进措施
1、动态补偿装置
动态补偿功能主要通过加装一圈特殊处理的弹簧装置实现。

装置的弹簧材质
为Inconel750。

该装置除保障必须的预紧力外，还能平衡压差、根除防抱死失效：一是密封状态中，保证球体和密封面始终高度吻合确。

保密封性能不会因为介质
温度和压力的改变而改变；二是可以对密封副的磨损提供及时的补偿，从而极大
提高产品的使用寿命；三是化解不均衡载荷，减少对阀座密封环的损伤。

由于介
质的温度、压力发生变化时，会对密封环造成瞬间的高载荷影响，弹簧阀座由于
弹性作用会随压力变化的大小跟随球体做相同方向的微量位移，实现瞬间不均匀
载荷的卸载。

也就是说动态补偿装置不但保证阀门严密的密封状态，还可以自泻压，实现阀体内腔两侧压差的平衡。

同时，也使得阀门的扭矩大幅度减小，并从
根本上消除抱死故障失效。

2、阀座自保护装置
动态补偿阀座的关键在弹簧装置。

所以，开维喜生产的锁渣阀设置了严格的
阀座密封自保护装置：阀座前端和尾端各有两道密封圈，弹簧采用包覆式，可以
确保不会发生因介质入侵导致装置失效。

3、球面清洁设计装置
球面清洁通过刮切装置实现。

该装置使得阀门在每次开启或者关闭的情况下，能对阀门的球面进行清洁，从而保证阀门的长久操作性能。

自清洁功能延缓了阀
门的密封座因介质的沉淀与焦油结垢而失效的时限，也可以有效保障阀门面临最
恶劣工况条件时的正常使用。

参考文献：
[1] 张得浩. 邹杰等. 水煤浆气化渣水系统国产阀门运行分析.煤化工.2012年12期.
[2]李亚辉 .李云峰等.煤化工装置黑水角阀磨损原因分析及处理措施.中国化工贸
易.2011年第7期.。