烏石化一尿素裝置NS-HV-102調(diào)節(jié)閥閥桿連接斷裂3次，其根本原因是該閥閥內(nèi)部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)不合理，造成配合間隙過大，直接造成振動致使閥桿斷裂。

　　尿素裝置NS-HV-102調(diào)節(jié)閥是烏魯木齊石化公司化肥廠年產(chǎn)520000t大型尿素裝置上一個(gè)重要調(diào)節(jié)閥。NS-HV-102閥結(jié)構(gòu)是一個(gè)套筒雙座調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥主要是由管網(wǎng)3.8MPa蒸汽減壓到2.4Mpa進(jìn)入尿素框架，如果該閥不能有效地控制，將會引起管網(wǎng)和框架蒸汽波動，如圖1所示。

圖1 尿素裝置102JT蒸汽系統(tǒng)工藝流程圖

1、設(shè)計(jì)要求

　　1.1、主要技術(shù)參數(shù)

　　介質(zhì)：蒸汽

　　入口溫度：360°C

　　流量：35793m3/h

　　入口壓力：3.9MPa

　　口徑：DN100

　　壓力降1.45Mpa

　　壓力等級：ANSI600#RF

　　流量特性：線性

　　Cv計(jì)算=99.7

　　閥體材質(zhì)：SCPH2

　　Cv選用=180

　　閥內(nèi)件材料：17-4PH

　　1.2、閥桿損害基本狀況

　　NS-HV-102閥桿與閥芯損壞匯總，如表1所示。

表1 NS-HV-102閥桿與閥芯損壞匯總

2、閥桿損壞原因分析

　　2010年8月12日，工藝反映該閥閥位主控和現(xiàn)場指示相符，但是就是不過量，經(jīng)過初步判斷可能閥桿脫落；通過解體，發(fā)現(xiàn)閥桿與閥芯脫落，焊接部分為虛焊所致，與閥芯連接螺紋部分全部滑絲；經(jīng)過上述調(diào)節(jié)閥參數(shù)分析，蒸汽壓力下，本廠選用2Cr13材料作為閥桿材料，閥桿與閥芯連接為螺紋連接，后部焊接改為螺帽背緊進(jìn)行點(diǎn)焊。2010年8月17日，經(jīng)過運(yùn)行不到2天時(shí)間又出現(xiàn)上述現(xiàn)象，又一次不過量，打開解體后發(fā)現(xiàn)，閥桿與閥芯根部連接斷裂，如圖2、圖3所示。

圖2 閥桿斷裂狀況

圖3 閥芯結(jié)構(gòu)

　　為了克服閥桿斷裂，改進(jìn)了閥桿與閥芯的連接螺紋，把連接螺紋由M18´1.5改為M22´1.5，閥桿與閥芯連接后部仍然采用背緊兩個(gè)螺帽進(jìn)行點(diǎn)焊，運(yùn)行不到5天又再一次出現(xiàn)不過量現(xiàn)象，于2010年8月22日再次解體，發(fā)現(xiàn)閥桿與閥芯連接背帽焊接處斷裂。通過脫焊、斷裂綜合分析，得出以下結(jié)論：

　　1)特別指出新加工閥桿，由于加工應(yīng)力及材料處理穩(wěn)定狀態(tài)、材料內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，在壓力降1.45MPa工況下，振動比較大的情況下，造成閥桿脆裂斷裂，這是典型的振動強(qiáng)度應(yīng)力大于閥桿強(qiáng)度所致。

　　2)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)不合理，是產(chǎn)生調(diào)節(jié)閥振動最根本原因，致使調(diào)節(jié)閥內(nèi)件振動，薄弱到閥桿集中產(chǎn)生應(yīng)力，致使閥桿斷裂。

　　3)控制閥芯與套筒間隙也是一個(gè)集中探討的問題。

　　4)閥芯與閥桿連接處如果需要焊接，必須是要消除焊接應(yīng)力。

　　針對以上問題，經(jīng)過探討和改造，提出以下改造方案。

3、改進(jìn)

　　NS-HV-102閥芯結(jié)構(gòu)及閥桿連接結(jié)構(gòu)，增加強(qiáng)度，減少振動，延長調(diào)節(jié)閥使用壽命。

　　首先提出閥芯增加下導(dǎo)向，這樣可以更加穩(wěn)定閥芯在套筒內(nèi)達(dá)到最大穩(wěn)定，通過圖4是改進(jìn)前閥芯結(jié)構(gòu)，圖5是改進(jìn)后閥芯結(jié)構(gòu)，通過圖5可知結(jié)構(gòu)變化之處。

圖4 原設(shè)計(jì)閥芯結(jié)構(gòu)

圖5 改進(jìn)后的閥芯

　　再提出閥芯底部增加降噪防沖擊板，這個(gè)降噪防沖擊板主要是防止介質(zhì)產(chǎn)生壓差對閥芯進(jìn)行猛烈沖擊，使閥芯在套筒內(nèi)更回穩(wěn)固。通過圖6改進(jìn)前與改進(jìn)后圖7可知，閥芯底部結(jié)構(gòu)完全不同。圖8是閥芯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6 閥芯增加下部導(dǎo)向結(jié)構(gòu)圖片(左側(cè)閥芯)

圖7 閥芯底部增加降噪防沖擊板右側(cè)閥芯

圖8 閥芯底部增加降噪防沖擊板

　　把閥桿與閥芯連接螺紋由M15´1.5連接改為M22´1.5螺紋連接，后部用兩個(gè)背緊螺母進(jìn)行背緊，采用點(diǎn)焊。探討閥芯與套筒間隙配合，根據(jù)材料及介質(zhì)和溫度，通過計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定，控制間隙由直徑方向0.45mm減少到0.2mm至0.28mm之間。

　　通過上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)，經(jīng)過相關(guān)部門評審，采用最新改進(jìn)閥芯結(jié)構(gòu)，上線后，從2010年8月24日運(yùn)行至今未閥發(fā)現(xiàn)閥芯振動，閥桿不再斷裂，效果非常明顯。

4、結(jié)束語

　　通過上述對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行4個(gè)方面改進(jìn)，使調(diào)節(jié)閥保證了正常運(yùn)行，不再有閥振動和閥桿斷裂現(xiàn)象，保證了化肥裝置長周期運(yùn)行，減少了不必要的停車處理成本及相應(yīng)的人力物力支出，在以后檢修調(diào)節(jié)閥方面有著非常深刻的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

　　通過調(diào)節(jié)閥原因分析和改進(jìn)得出以下結(jié)論：

　　1)要考慮材料選材設(shè)計(jì)及加工工藝和熱處理、消除應(yīng)力方面要有一套完整的方案，必須符合自然規(guī)律。

　　2)遇到問題要具體分析根本原因和相關(guān)因素。

　　3)針對關(guān)鍵原因及相關(guān)影響因素進(jìn)行改進(jìn)和消除。

　　4)閥結(jié)構(gòu)和閥芯與套筒配合間隙決定了閥的整機(jī)使用壽命。

　　5)調(diào)節(jié)閥閥桿與閥芯焊接要求工藝比較嚴(yán)格。

　　通過實(shí)際運(yùn)行這種改進(jìn)是可行的，對類似調(diào)節(jié)閥故障原因的消除有著積極深遠(yuǎn)的意義。