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标题: 煤化工黑水/灰水调节阀及备件的国产化研究 [打印本页]

作者: 巴拿马 时间: 2016-10-19 14:50
标题: 煤化工黑水/灰水调节阀及备件的国产化研究

灰水

调节阀

是德士古煤化工生产气化装置上的关键设备。在1998年以前，我国还没有类似的产品，该类产品及备件一直被国外公司所垄断，现如今随着煤化工产业的不断发展壮大，已有部分国产装置替代产品出现，并在结构，工艺方面更为先进，使用寿命更长。

一、灰水调节阀的特点

灰水调节阀的特点是介质复杂（三相流：固、液、汽）、压降大（最大可达4.2MPa）、对阀内件的冲刷特别严重，导致调节阀的使用寿命较短。由于产品的特殊性，进口整阀及备件价格昂贵造成生产成本的升高。所以，该设备的国产化在德士古煤化工生产中显得尤为重要。

二、产品的国产化方案

目前国产化方案主要有以下两种：测绘加工和测绘后根据使用情况然后进行改进生产。

2.1测绘加工

2.1.1阀芯阀座结构

以我公司所用Masoneilan公司生产的灰水调节阀为例，调节阀阀芯、阀座的典型结构如图l、图2所示，属典型

单座调节阀

，但从阀座的结构特点来看，阀座的的扩散段类似气蚀文氏管形状，从测绘数据中也可以看到：扩散段的扩散角、长度、口径比满足气蚀文氏管条件。所以，确切地讲，该类调节阀属于可调气蚀文氏管调节阀。

2.1.2阀的材料选择

根据以上分析，承做方就可以测绘生产了，生产的关键是阀芯、阀座的碳化钨部分，经过取样分析，主要成分是碳化钨（约占92%）及钴（约占8%），比重约为12.8kg/cm

，硬度HRC≈60，同比国内牌号相当于YG硬质合金系列，考虑到产品须耐冲刷、抗一定的腐蚀，选用YG—8硬质合金。

2.1.3国产化备件与原备件使用情况对比

加工好的备件上线使用，以检验该国产化方案的可行性。表1是实际使用情况和原备件的比较。

2.1.4使用情况分析

从使用情况可以知道，原备件的有效使用周期为半年，国产化备件的有效使用周期为5个月，有一定的可比性，但在上线运行过程中均存在以下几个重要问题：

（1）碳化钨的耐冲蚀能力不能满足一个大修周期的需要。

（2）阀头和阀杆的连接方式引起的阀头脱落和断裂。

（3）阀座扩散段的耐冲蚀能力不能满足一个大修周期的需要。

图3、图4是两种备件的破坏模式图。

表1 灰水调节阀使用情况对比

	原备件	国产化备件
1个月	调节阀运行稳定、无异常	调节阀运行稳定、无异常
2个月	调节阀运行稳定、无异常	调节阀运行稳定、无异常
3个月	调节阀运行稳定，备件碳化钨零件出现一定冲蚀	调节阀运行稳定，备件碳化钨零件出现一定冲蚀
4个月	调节阀运行异常，阀头脱落或断裂，备件碳化钨零件出现比较明显的冲蚀，阀座扩散段处出现明显冲刷	调节阀运行异常，阀头脱落或断裂，备件碳化钨零件出现比较严重的冲蚀，阀座扩散段处出现明显冲刷
5个月	将脱落的阀头用铜焊接和阀杆焊接，解决阀头脱落问题后继续使用，调节阀运行较为稳定，但碳化钨零件出现严重的冲蚀，阀座扩散段处出现严重冲刷，但调节阀还能勉强使用。	将脱落的阀头用铜焊接和阀杆焊接后继续使用，调节阀运行几天后异常，碳化钨零件和阀座扩散段处出现严重冲蚀。
6个月	调节阀不能稳定运行，碳化钨零件和阀座扩散段处出现严重冲蚀，需要更换备件。

2.2对国产化方案的改进

从以往原备件和国产化备件的使用经历来看，要想使备件满足实际上线的使用要求（即保证满足上线使用一个大修周期），就必须着手解决以下几个方面问题：

1）碳化钨的耐冲蚀能力。

2）阀头和阀杆的连接方式。

3）阀座扩散段的耐冲蚀能力。

2.2.1碳化钨耐冲蚀能力的解决方案

通过原备件碳化钨部分的取样理化分析，主要成分是碳化钨（约占92%）及钴（约占8%），比重约为12.8kg/cm

，硬度HRC≈60，同比国内牌号相当于YG硬质合金系列，该种碳化钨耐冲刷能力一般，但韧性较好，要提高它的耐冲刷能力，就要相应提高它的硬度，提高硬度的途径有两条：减少合金中钴的含量和提高模压过程中的液压机压力。但减小钴含量对碳化钨的韧性是致命的，必须采用其他办法来解决碳化钨的韧性问题，承做方采用的方法是对碳化钨粉末进行筛选，将当量直径控制在10μm以下，提高在模压过程中分子间结合力，提高碳化钨零件的整体力学性能。

2.2.2阀头和阀杆的连接方式

原备件解决阀头脱落和断裂的办法是阀头和阀杆用铜焊连接，但对改进后的碳化钨采用此方法存在一定问题。由于改进后的碳化钨中钴含量少，焊接性能变差，且和阀杆的热膨胀系数差异太大，易产生裂纹，所以不采取焊接方法。现阀头和阀杆的连接方式采用螺纹连接加销钉的办法来解决，即将阀头拧入阀杆后用电火花或激光打出销钉孔，销入销钉后再将销钉同阀杆焊接，以解决阀头脱落和断裂问题。连接结构如图5。

2.2.3阀座扩散段的耐冲蚀能力

该类调节阀属于可调气蚀文氏管调节阀，基于可调气蚀文氏管的工作特点，一般要求H/D不小于2，原备件的H/D约为1.5，出口流体仍然处于恢复区，加上实际流体是固、液、汽三相流，故改进后的阀座碳化钨部分的H/D大于2，如图6所示。

由于阀座的扩散段部分也存在严重冲蚀，改进后的阀座在扩散段上同样嵌人耐冲刷材料，以保护基体材料，这种材料可选9Cr18、GH4169、17—4PH等。结构形式如图7。

三、结束语

我们通过对原备件的分析与改进，改进后的国产化备件解决了原备件的以下3大问题，即：

（1）阀座扩散段的耐冲蚀能力不能满足一个大修周期的需要

（2）碳化钨的耐冲蚀能力不能满足一个大修周期的需要。

（3）阀头和阀杆的连接方式引起的阀头脱落和断裂。

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