煤化工黑水/灰水调节阀及备件的国产化研究

巴拿马

    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

3

，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

3

，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。