摘要：本文列举了圆顶阀在水煤浆锅炉中使用过程中出现的问题，在采取一系列改进措施后，仍无法解决圆顶阀故障频发、影响正常生产的问题。经过分析和考察，采用摆动阀替代圆顶阀后，故障率明显降低、维修费用大幅减少，生产稳定性明显提升。
关键词：摆动阀 圆顶阀 水煤浆 锅炉
宁波某化工企业有三台水煤浆锅炉，锅炉型号为NG-240/4.9-MY，锅炉以水煤浆为燃料，水煤浆按GB/T18855《水煤浆技术条件》II级水煤浆进行设计。锅炉主要功能是为各生产装置提供中、低压蒸汽。除尘系统采用布袋除尘器，输灰系统采用正压浓相气力输灰。三台锅炉各有一套气力输灰系统，系统通过现场PLC控制程序程控运行。每套气力输灰系统的灰输送到共用灰库，灰库的灰定期用槽车拉运出厂。
1 气力输灰流程及圆顶阀作用
气力输灰系统中进料阀原设计采用圆顶阀。进料阀是系统运行过程中的关键部件，它是灰由灰斗到气力输送系统的关卡，同时也是影响气力输灰系统运行的正常与否的关键。当进料阀故障时，会导致输送压力降低，无法使输送介质流态化，输送失败，造成输灰管堵塞。气力输灰系统流程图见图一。
图一 气力输灰系统流程图
每套气力输灰系统中有6台圆顶阀，三台锅炉共18台圆顶阀。在运行过程中，圆顶阀故障率较高，一方面严重影响了正常的生产运行；另一方面，更换大量的配件，增加维修成本。
2 圆顶阀的主要故障及原因分析
2.1阀芯腐蚀
圆顶阀阀芯母体材质为42CrMo，表面增加一层铬镀层，铬镀层主要起到防腐 蚀和降低摩擦力作用。圆顶阀使用一段时间后，频繁出现卡涩、关不到位的故障，严重影响正常生产运行。拆下阀门检查发现阀芯表面出现凹凸不平情况，且积灰严重，导致阀芯与密封圈之间产生卡涩，阀门开关不到位。
水煤浆锅炉烟气中水份含量较高，且锅炉采用SNCR脱硝时存在氨逃逸，与烟气中三氧化硫形成硫酸蒸汽、硫酸氨等对阀芯表面造成腐蚀，破坏铬镀层，直接腐蚀阀芯母体造成阀芯凹凸不平。另阀芯表面铬镀层很薄，附着力弱也是导致铬镀层破坏的重要原因。后与厂家沟通，镀层改为铬镍不锈钢，对延长使用寿命有一定的效果，但阀芯腐蚀破坏现象仍未得到改善。
2.2 密封圈损坏频繁
圆顶阀密封圈是密封的关键部件，通过对密封圈充气，保持一定相对稳定压力，保证圆顶阀密封性。密封圈设置压力监测设施，通过密封圈压力值和稳定性监测圆顶阀密封性。但当阀芯被腐蚀，造成阀芯表面凹凸不平时，圆顶阀在运行时加剧了密封圈的磨损，大大缩短了密封圈的使用寿命，导致密封圈更换频繁。后来尝试更改密封圈的材质以提高使用寿命，但收效甚微。
2.3 转轴部位损坏
圆项阀阀芯通过二根转轴与阀体固定连接，通过铜套形成回转结构。转轴与阀体之间通过O型圈、V型圈形成组合密封，确保煤灰和烟气不会进入转轴或从转轴中逸出。但由于O型圈、V型圈等在使用过程中逐渐老化，导致煤灰进和烟气进入到转轴铜套中，导致铜套、转轴磨损损坏。甚至煤灰积至铜套、转轴中造成卡涩，圆顶阀无法正常工作。
2.4 阀体损坏
进入圆顶阀转轴的煤灰首先磨损铜套和橡胶密封件，接着对阀体的转孔进行磨损，待阀体的转孔磨损后，即使更换新的密封件也无法进行密封，只能整阀更换。
针对圆项阀故障频率高、维修费用高等问题，寻求替代产品。目的是有效降低阀门的故障率和维修费用，保证生产安全平稳。摆动阀采用硬密封结构形式，易损件少，故障率低，可以作为圆顶阀的替代产品。
3 摆动阀与圆顶阀相比，主要优缺点
优点
3.1 阀体采用铸钢或铸铁铸造，阀板和阀体密封采用耐磨硬质合金材料或耐磨增韧结构陶瓷，表面光滑，硬度可达60-70HRC，解决了密封面因物料冲蚀、寿命不高的问题，大大提高设备运行的安全性和稳定性。
3.2 阀门上安装气动执行机构，气动执行机构通过转轴和摆臂转动阀板，阀板与密封面之间加载螺旋压缩弹簧，弹簧力始终使阀板密封面与阀体密封环紧密贴合。
3.3 弹簧力能使阀板在垂直方向进行移动，有助于补偿阀门各部件的热胀冷缩，能克服背压变化对密封面的影响，防止颗粒状介质进入密封面之间。
3.4 当阀板密封面和阀体密封环之间相对磨损后，通过弹簧力使阀板相对移动，可有效进行磨损补偿，延长阀门的使用寿命。
3.5 阀板密封面对阀体密封环在切线方向上的摩擦力之差使得阀板在启闭过程中产生自转，使得密封面之间会产生研磨和抛光作用，保证阀门密封面的密封性。
3.6 与圆顶阀相比，摆动阀易损件少，使用性能相对稳定、可靠。
缺点
3.7 与圆顶阀相比，摆动阀缺少密封压力监测设施，不能时时掌握每个阀门密封性。具体结构见图二。
图二 摆动阀结构示意图
4 改造方案
4.1摆动阀总体技术要求
综合比较，选用摆动阀替代圆顶阀，摆动阀技术要求如下：
（1）所选用的摆动阀整体结构紧凑、占用空间能符合原圆顶阀拆除后遗留空间，且安装和拆卸简单。
（2） 摆动式开闭，转动灵活、可靠，现场气源应能符合其使用需求。
（3） 内部密封件结构紧凑，阀体、阀板及密封环应采用耐磨、密封良好及耐腐蚀的结构和材料，避免因煤灰进入导致摆动阀磨损或腐蚀，保证摆动阀经久耐用。
（4）阀板、阀体耐磨副硬度需达到58HRC以上。
（5）为保证硬质合金质量，选用优质的进口硬质合金，硬质合金厚度至少7mm以上。
4.2 机械部分改造
选用与原圆顶阀结构尺寸相同的摆动阀直接替换圆项阀。
4.3 仪表部分改造
因圆顶阀密封圈有压力监测设施，且压力信号进入现场PLC中，只有压力值达到设定范围内，输灰程序才会正常运行。而摆动阀没有压力监测设施，若要改动PLC程序，需要较复杂的程序改动。通过对PLC程序设定研究，决定将进出圆顶阀的气源管直接进行联接，PLC压力检测到正确的压力值，确保输灰程序正常进行。改动后气力输灰系统流程图见图三。对于摆动阀气密性检测则通过输送压力高限值及变化趋势进行判断。若出现异常，则及时检查各摆动阀密封性。
图三 摆动阀替换后气力输灰系统流程图
5 实施效果
将气力输灰进料阀由摆动阀替代圆顶阀后，经过近一年时间的运行，因摆动阀引起的故障只发生三次，主要是阀转轴填料泄漏故障。与圆顶阀相比，故障率大大降低，维修费用大幅下降，气力输灰系统稳定性明显提升，收到良好的效果。
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[4] JB/T8470-2010 正压浓相飞灰气力输送系统
论文作者:宋润丹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
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