1 概述
重慶建峰化工股份有限公司一化肥尿素裝置于1993年建成投產(chǎn)，采用意大利斯那姆氨汽提法尿素工藝，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1750t/d。裝置中共有近百臺(tái)襯套式旋塞閥，均由美國(guó)O.M.S公司生產(chǎn)，主要用于中、低壓及蒸發(fā)造粒系統(tǒng)中。該閥門主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開關(guān)迅速、流體阻力小及帶沖洗水孔便于沖洗，其連接形式均為焊接，機(jī)泵進(jìn)出口管線上的旋塞閥均采用雙聯(lián)閥（圖1）。方便工藝處理，50.5mm以上旋塞閥均采用帶節(jié)流套的旋塞閥（圖2）。
圖1 雙聯(lián)旋塞閥結(jié)構(gòu)
圖2 帶節(jié)流套式旋塞閥閥芯結(jié)構(gòu)
從1993年裝置開車到2000年期間，各旋塞閥使用情況良好，僅有3臺(tái)旋塞閥出現(xiàn)故障，但隨后旋塞閥在使用過(guò)程中故障逐漸增多，其中*主要的故障是旋塞閥內(nèi)漏，失去其應(yīng)有的使用功能，且嚴(yán)重危及到設(shè)備的正常檢修和系統(tǒng)運(yùn)行。故必須采取相應(yīng)措施予以解決，確保裝置及設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2 存在問(wèn)題
圖3 撕裂的襯套
圖4 變形的閥芯和節(jié)流套
經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，尿素裝置襯套式旋塞閥故障逐一暴露，主要有旋塞閥內(nèi)漏、外漏以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、損壞，同時(shí)因內(nèi)件損壞造成閥門節(jié)流，不能滿足物料正常輸送，易造成泵體汽化。造成旋塞閥內(nèi)漏的主要原因是內(nèi)件損壞，主要表現(xiàn)在襯套撕裂，閥芯變形，節(jié)流套定位銷斷裂、節(jié)流套變形造成閥內(nèi)件卡澀等（圖3、4）。旋塞閥內(nèi)漏則是制約裝置安全長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要因素，尤其是高壓甲銨泵、中壓碳酸鹽溶液泵、尿素溶液泵等機(jī)泵入口管線安裝的旋塞閥，當(dāng)機(jī)泵出現(xiàn)故障需檢修時(shí)，工藝無(wú)法有效切出，給設(shè)備檢修帶來(lái)很大難度，有時(shí)甚至需停運(yùn)（局部）系統(tǒng)方能進(jìn)行故障處理。如2010年高壓甲銨泵和熔融尿素泵因旋塞閥內(nèi)漏，使得檢修工作變得異常困難，影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3 原因分析
結(jié)合尿素裝置旋塞閥多年使用情況及歷年檢修情況進(jìn)行對(duì)比、分析，確認(rèn)造成旋塞閥內(nèi)件損壞及內(nèi)漏故障主要有以下4個(gè)方面。
3.1 原旋塞閥結(jié)構(gòu)不合理
3.1.1 節(jié)流套旋塞閥易造成閥芯變形
造成閥芯變形的因素之一是閥芯強(qiáng)度較弱，尤其是開沖洗水孔側(cè)閥芯變形嚴(yán)重。其主要原因是閥芯內(nèi)設(shè)節(jié)流套后，使得閥芯整體壁厚設(shè)計(jì)較薄，且在沖洗水孔部位，其閥芯強(qiáng)度進(jìn)一步下降，易造成沖洗水孔旁的密封不嚴(yán)。旋塞閥使用時(shí)，由于需要用沖洗水沖洗干凈后才能夠操作，一旦沖洗水壓力控制偏高（在實(shí)際生產(chǎn)中，不可避免存在沖洗水壓力偏高問(wèn)題），使帶沖洗水孔部位受力過(guò)大導(dǎo)致閥芯變形。其次，在工藝操作時(shí)，未能將旋塞閥內(nèi)部的結(jié)晶物沖洗干凈就強(qiáng)行動(dòng)作閥門，極易造成閥芯變形。另外，當(dāng)旋塞閥內(nèi)節(jié)流套定位銷變形嚴(yán)重或折斷且結(jié)晶物未沖洗干凈就動(dòng)作閥門，使得節(jié)流套與閥芯之間出現(xiàn)卡澀，強(qiáng)行動(dòng)作易造成閥芯變形或密封面受損，導(dǎo)致旋塞閥內(nèi)漏，或出現(xiàn)嚴(yán)重節(jié)流現(xiàn)象，如熔融尿素泵曾出現(xiàn)入口旋塞閥節(jié)流導(dǎo)致泵打量偏低的現(xiàn)象。
3.1.2 焊接閥門不便于快速處理，檢修后無(wú)法有效檢驗(yàn)密封效果
由于尿素裝置各旋塞閥均為焊接式閥門，出現(xiàn)故障時(shí)一般采用在線處理的方式。采用這種方式存在兩個(gè)方面的缺點(diǎn)，一是在線處理時(shí)間較長(zhǎng)，二是處理后無(wú)法檢驗(yàn)維修質(zhì)量，即檢驗(yàn)閥門的密封性。若采用法蘭連接形式的旋塞閥，在出現(xiàn)故障時(shí)，可以將備用旋塞閥安裝使用，再擇機(jī)檢修故障旋塞閥，并在檢修后，利用試驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)其密封效果。
3.2 備件質(zhì)量存在問(wèn)題
從2004年開始，尿素裝置旋塞閥檢修所需備件逐步國(guó)產(chǎn)化，閥芯、襯套及密封件均自行加工或委托國(guó)內(nèi)某廠家加工制造，但使用效果不佳，主要表現(xiàn)在：①襯套的塑性、韌性不夠，脆性太大，安裝后易撕裂，說(shuō)明襯套材質(zhì)選用存在一定的問(wèn)題；②襯套、閥芯的加工尺寸和精度達(dá)不到要求。
3.3 檢修過(guò)程控制不到位
旋塞閥檢修重點(diǎn)在于襯套的安裝。目前旋塞閥襯套在線（裝置現(xiàn)場(chǎng)）處理方式主要有冷裝法和熱裝法。冷裝法是指不采用加熱的方式將襯套直接安裝到閥座中，用錐胎（與閥芯尺寸一致）壓緊一段時(shí)間后取出，并對(duì)襯套進(jìn)行局部打磨，確保襯套與閥芯密封的一種安裝方式。而熱裝法是指把一錐胎預(yù)壓定型和二錐胎定型的方法，即把加熱至180～200℃的一錐胎從熱油中取出，裝入襯套內(nèi)，通過(guò)專用工具將一錐安裝到位。約5min后，將二錐胎從熱油中取出按照一錐胎安裝方式進(jìn)行安裝，待二錐胎溫度降至50℃以下時(shí)，取出二錐胎并對(duì)襯套內(nèi)密封面進(jìn)行打磨，從而確保襯套與閥芯有效密封的一種安裝方式。冷裝法與熱裝法所用的襯套尺寸是不一樣的，以錐度為2°的襯套為例，冷裝法使用襯套錐度為2°，熱裝法使用襯套錐度為1.8°。相比之下，熱裝法能利用熱量使襯套有較小變形，彌補(bǔ)備件加工尺寸誤差，同時(shí)能較好保證襯套與閥座和閥芯的貼合及密封效果，故已多采用熱裝法。但采用熱裝法仍出現(xiàn)一些檢修質(zhì)量問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：①檢修過(guò)程中備件尺寸未確認(rèn)到位；②檢修過(guò)程中細(xì)節(jié)控制不到位，如對(duì)襯套流道處的打磨；③檢修過(guò)程中未按照嚴(yán)格的檢修工藝檢修，如在處理過(guò)程中為了搶進(jìn)度，強(qiáng)裝襯套造成襯套撕裂等。
3.4 工藝操作不規(guī)范
工藝操作不規(guī)范導(dǎo)致旋塞閥使用壽命短，易出現(xiàn)內(nèi)漏或閥門節(jié)流。主要表現(xiàn)為在操作中開關(guān)速度過(guò)快，尤其是系統(tǒng)或設(shè)備出現(xiàn)緊急情況時(shí)，未對(duì)旋塞閥沖洗干凈就強(qiáng)行進(jìn)行操作，且為了快速動(dòng)作閥門，取消執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用加力桿直接開關(guān)旋塞閥。以上這些不規(guī)范的操作易造成旋塞閥襯套拉裂、閥內(nèi)件變形、損壞而*終發(fā)生泄漏或閥門節(jié)流。
4 實(shí)施對(duì)策
針對(duì)以上對(duì)襯套式旋塞閥的故障分析，主要采取了以下幾方面對(duì)策來(lái)解決襯套式旋塞閥的故障。
4.1 閥門結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)
4.1.1 改進(jìn)原閥芯結(jié)構(gòu)
針對(duì)帶節(jié)流套的閥芯洗水孔部位由于憋壓造成閥芯變形問(wèn)題，將部分旋塞閥的閥芯進(jìn)行了改進(jìn)，即在閥芯內(nèi)部不再使用節(jié)流套，在確保流通量的情況下，直接在閥芯上加工流道孔，以增強(qiáng)閥芯強(qiáng)度（圖5）。通過(guò)這種改進(jìn)，既能確保閥芯強(qiáng)度，提高閥芯使用壽命，同時(shí)能避免閥門節(jié)流現(xiàn)象，確保機(jī)泵穩(wěn)定運(yùn)行及管道流通能力。
圖5 加強(qiáng)型閥芯
4.1.2 整體更換為法蘭聯(lián)接形式的TUFLIN旋塞閥
對(duì)裝置中經(jīng)常發(fā)生故障且影響關(guān)鍵設(shè)備檢修的旋塞閥進(jìn)行整體更換，其聯(lián)接形式改為法蘭聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。
圖6 改進(jìn)型旋塞閥
該類型的旋塞閥主要是對(duì)其部分結(jié)構(gòu)及安裝方式進(jìn)行改進(jìn)：①襯套牢固鑲嵌在閥體內(nèi)，并包覆在旋塞表面形成一個(gè)360°的密封面，同時(shí)保證該旋塞閥可以耐受介質(zhì)中顆粒的磨損和沖刷并有好的密封性；②在閥體的進(jìn)出口端口各設(shè)計(jì)一個(gè)金屬凸臺(tái)，用以固定襯套防止其轉(zhuǎn)動(dòng)，避免襯套發(fā)生冷流變形，同時(shí)也可把旋塞閥的附著物刮掉從而保護(hù)襯套；③增加金屬唇邊360°環(huán)繞在進(jìn)出端口，可以防止介質(zhì)沖刷襯套，減小襯套冷流等；④安裝方式由原來(lái)的焊接方式改成單體式法蘭聯(lián)接方式，可拆除或更換維修，方便應(yīng)急搶修，避免在線維修帶來(lái)的一系列問(wèn)題。改進(jìn)型旋塞閥運(yùn)用到尿素溶液泵、高壓甲銨泵的管線上，使用近3年，未出現(xiàn)任何故障，效果良好。
4.1.3 用Y型夾套式截止閥代替旋塞閥
對(duì)介質(zhì)濃度高、容易結(jié)晶且使用頻繁的旋塞閥，如熔融尿素泵及管線上的旋塞閥可采用Y型夾套式截止閥進(jìn)行替代，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。該閥的主要優(yōu)點(diǎn)是保溫效果良好，閥內(nèi)不容易結(jié)晶，避免了因?yàn)榻Y(jié)晶造成閥的開關(guān)困難以及閥內(nèi)件的損壞；另外由于閥門連接形式為法蘭連接，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)轉(zhuǎn)循環(huán)及時(shí)拆卸、更換故障閥門。
圖7 帶保溫的Y型截止閥
2011年初，將熔融尿素泵出口旋塞閥更換為Y型夾套式截止閥，通過(guò)近半年使用，未出現(xiàn)任何故障，消除了原出口旋塞閥長(zhǎng)期內(nèi)漏和截流的問(wèn)題，解決了該泵因出口旋塞閥節(jié)流套長(zhǎng)期影響打量較低的問(wèn)題，并為今后類似故障旋塞閥的處理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
4.2 閥內(nèi)件備件質(zhì)量控制
閥內(nèi)件備件的質(zhì)量控制主要集中于閥芯和襯套的材質(zhì)、尺寸、及襯套和閥芯的加工精度。對(duì)于襯套的材質(zhì)，國(guó)內(nèi)廠家大都采用增強(qiáng)四氟加工制造，強(qiáng)度能夠保證，但就是韌性較差，易脆，不能滿足長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。建議購(gòu)買國(guó)外專業(yè)制造廠家，如美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的材料進(jìn)行加工或直接購(gòu)買相應(yīng)備件。用于熱裝法的襯套其錐度尺寸應(yīng)適當(dāng)控制，襯套錐度與閥芯錐度之差不應(yīng)超過(guò)0.3°。閥芯表面光潔度不應(yīng)低于Ra1.6，錐面直線度應(yīng)控制在0.05mm內(nèi)，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)襯套及閥芯的外觀質(zhì)量的控制，嚴(yán)禁使用不合格備件。另外，因各閥門使用狀況不同，即使是相同型號(hào)規(guī)格的旋塞閥，其閥內(nèi)件尺寸也不一定相同，故應(yīng)該重新測(cè)繪相應(yīng)的閥內(nèi)件進(jìn)行安裝，以確保閥門的密封性。
4.3 加強(qiáng)檢修過(guò)程控制，規(guī)范檢修行為
對(duì)于旋塞閥的檢修，應(yīng)根據(jù)實(shí)際檢修情況，確定指導(dǎo)性強(qiáng)、易于檢修人員操作的旋塞閥檢修工藝；要有切實(shí)可行、量化的旋塞閥維修過(guò)程控制表，并加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量和關(guān)鍵檢修數(shù)據(jù)的把握。與此同時(shí)，在檢修過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)細(xì)節(jié)控制，安裝前對(duì)閥芯及襯套表面光潔度、外觀質(zhì)量、錐面直線度等進(jìn)行檢查確認(rèn)；襯套回裝后，用專用工具對(duì)襯套各棱邊進(jìn)行刮削、打磨，確保各棱邊都安裝至閥體定位槽中，且棱邊應(yīng)保證光滑過(guò)度。閥門檢修后，應(yīng)上試驗(yàn)臺(tái)，檢驗(yàn)其密封效果，確保正常使用。
4.4 工藝操作規(guī)范
在操作和使用旋塞閥時(shí)，必須注意：①旋塞閥內(nèi)部沖洗干凈，沒(méi)有堵塞，確保旋塞閥開關(guān)靈活；②旋塞閥盡量不要用作節(jié)流，禁止使用旋塞閥進(jìn)行長(zhǎng)期節(jié)流；③盡量使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)開關(guān)閥門，防止突然開大、關(guān)小對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的瞬間沖擊；④閥門開、關(guān)到位時(shí)，應(yīng)將閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)1/4圈。
5 結(jié)束語(yǔ)
旋塞閥在各大化肥尿素裝置中應(yīng)用較廣，出現(xiàn)的故障也較多。重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司根據(jù)多年使用狀況及檢修經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)改進(jìn)閥門結(jié)構(gòu)形式、更換閥門類型、加強(qiáng)備件質(zhì)量及檢修過(guò)程控制，以及規(guī)范工藝操作等方面著手，較好的解決了旋塞閥故障問(wèn)題，確保了系統(tǒng)安全運(yùn)行，同時(shí)也為同行業(yè)處理旋塞閥故障提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
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