(中國石油寧夏石化公司，寧夏 銀川 750026)

某大型國產化大化肥生產裝置位于西北，當地冬季平均氣溫-7.3℃，極端低溫在-22℃以下。由于冬季天然氣短缺和其他原因，裝置處于停車狀態(tài)。在夏季溫度較高的時候，裝置停車，系統(tǒng)進行置換吹掃，僅保留循環(huán)水系統(tǒng)運行。裝置的整體停運給冬季防凍帶來了很大的考驗。在12月，現場發(fā)現合成氣壓縮機透平的中壓抽汽管線電動閥門閥體凍裂(見圖1)。

圖1 閥門凍裂

1 閥門介紹

1.1 閥門結構[1]

該閥門生產標準為美標，尺寸為DN450，壓力等級為10MPa。閥門結構為楔式單閘板閘閥(見圖2)，楔式閘閥兩個密封面與管道軸線成一定的夾角，即兩個密封面成楔形，主要依靠楔式閘板與閥體的兩個精加工面接觸摩擦，達到一定的密封比壓而實現密封。由于閥門開啟瞬間存在很大的靜摩擦力，開啟力矩大，因此配置了較大功率的電動執(zhí)行裝置，以保證閥門的正常啟閉。閥體材質為WC6高溫碳鋼，具有良好的抗蠕變特性，適用于高溫工況。

圖2 楔式單閘板閘閥結構注：1—楔式閘板；2—閥體；3—閥蓋；4—閥桿；5—填料；6—填料壓蓋；7—套筒螺母；8—壓緊環(huán)；9—手輪；10—鍵；11—壓緊螺母；12—閥座

1.2 閥門所處位置

該閘閥安裝在合成氣透平ST1801抽汽管線上，與壓力等級為4.9MPa的中壓蒸汽管線相連?，F場位置處于管線U形彎底部，管線U形彎兩端在管廊上方，高度差約6m。該閘閥配有DN50旁路管線，閥前后分別配有DN40的排液導淋。

2 拆檢情況

將該閥門整體拆除，從工藝管道移出后發(fā)現管道內無積液痕跡。對閥門進行拆檢，拆除閥體中法蘭后，發(fā)現閥體內腔體全被冰柱填滿。

將閥門完全解體，清除積冰后，檢查閥門內壁，發(fā)現其光滑、無劃痕，開裂斷面未見夾渣、氣孔等缺陷。裂紋位置從閥門中心線和中法蘭交匯處至閥體底部(見圖3)。

圖3 閥門內部裂紋情況

3 閥門凍裂原因排查[2-5]

從閥門拆檢情況分析，閥體凍裂故障的直接原因為在閘閥關閉過程中或關閉后，液體介質進入閥體內腔，且?guī)缀跆顫M閥體內腔。隨著冬季環(huán)境溫度降到0℃以下，內部凝液結冰膨脹，閥體受力超過材質最大屈服極限而開裂。

3.1 壓縮機透平停車未嚴格執(zhí)行操作規(guī)程

合成氣壓縮機透平停車后，未能及時關閉電動閥門，且該閥安裝位置處于管段U形彎最底部，蒸汽冷凝造成該管管段處積液。在這種狀況下關閉電動閥門，造成閥體內積液。即使隨后打開閥前后導淋排凝，但閥體內腔的液體仍無法排除。

查閱MES操作記錄發(fā)現，合成氣壓縮機透平停車時，電動閥門閥前溫度測點TI1855與閥后溫度TI8034測點溫度均下降至120℃左右。隨后，閥前溫度測點TI1855繼續(xù)下降直到30℃，而閥后溫度測點TI8034維持在120℃左右無變化。

鍋爐系統(tǒng)停車，電動閥門閥后溫度測點TI8034從118℃下降至26℃，此時查閱閥前溫度測點TI1855為23℃，此時兩溫度基本與當時夜間環(huán)境溫度相同。

從查閱MES系統(tǒng)對比合成壓縮機組和鍋爐停車后的電動閥門閥前后溫度可以判斷，壓縮機透平停車后，操作人員按照停車操作規(guī)程要求，及時關閉了電動閥門，將前后流程斷開，此時，U形管線內不可能產生大量積液，造成電動閥門在關閉過程中閥體積液，只能在閥體內腔中存留蒸汽冷凝，產生少量冷凝液。因此，可以排除未嚴格執(zhí)行操作規(guī)程這一因素。

3.2 減溫水調節(jié)閥內漏

電動閥門閥后管線離閥約2m處安裝有減溫水噴嘴，通過減溫水調節(jié)閥進行控制，正常生產情況下用于對壓縮機透平抽汽進MS管網前注水降溫。在壓縮機透平停車后，若此閥發(fā)生內漏，則減溫水大量進入MS管網，造成U形彎管內大量積液。將調節(jié)閥拆下送至檢修廠方進行打壓試漏，該閥在1.2倍操作壓力下水壓試驗無泄漏，排除了減溫水調節(jié)閥內漏因素。

3.3 閥板MS管網側密封泄漏

(1)電動閥門關閉后，MS管網又繼續(xù)運行了6d。在這種狀態(tài)下，電動閥門閥后管線處于管線盲端，溫度為120℃左右，遠小于MS管網實際壓力4.8MPa對應下的飽和蒸汽溫度261℃。在此壓力等級下，U形彎管線內大量蒸汽冷凝成積液(在鍋爐系統(tǒng)停車后，從U形彎電動閥門閥后導淋排出大量蒸汽冷凝液，得到了進一步驗證)。

(2)楔形閘閥制造工藝和楔形閥板結構影響。從閥門制造工藝角度分析，影響楔形閘閥密封面泄漏的主要原因為密封面的粗糙度、平面度和閥體與閥板的角度誤差，閥門加工制作過程中必然存在一定的加工誤差。從楔形閘閥結構分析，其在管路上有兩道密封面，只要其中任一道密封面能起到良好的密封作用，則該閥門就不會產生內漏，能夠正常使用。因此，在閥門制造過程中，就不會考慮在閥板兩側受壓不均的狀態(tài)下兩道密封面均能保持良好的密封狀態(tài)。

(3)電動閥門為合成氣壓縮機透平至MS管網切斷閥，機組停車后，電動閥門關閉，而MS管網繼續(xù)運行，這種狀態(tài)下，造成閘閥楔形閥板兩側受力不均，楔形閥板只承受MS管網側壓力。從楔形閘閥的結構可以看出，此時，楔形閥板在MS管網側密封面的密封比壓減弱，在壓縮機透平側密封面的密封比壓增大。一旦在MS側密封面的密封比壓小于密封所需的最小比壓，則必然在MS端密封面發(fā)生泄漏，蒸汽冷凝液進入閥體內腔，且無法從另一密封面(壓縮機透平側)排出。當鍋爐系統(tǒng)停車后，MS管網壓力迅速降低至常壓，楔形閥板在MS管網側密封面的密封比壓恢復，積存在閥體內腔中的蒸汽冷凝液無法排出。

3.4 防凍方案考慮不周

鍋爐系統(tǒng)停車后，電動閥門前后導淋打開排液，復線閥門打開串氣，保證了管線無積液。由于對該類型閥門結構認識不深，未能考慮到閥體內腔會有大量蒸汽冷凝液積存，未再次打開閥門進行閥體內腔排液，造成閥體積液。

通過以上分析可知，閥門凍裂的主要原因為對楔形閘閥結構認識不足，閥板在受力不均的狀態(tài)下，密封面發(fā)生泄漏進入冷凝液，而又無法排出所致。

4 處理及預防措施

(1)該閥閥體凍裂，閥門已發(fā)生變形損壞，不具備修復條件。且此閥較大，不屬于常用備件，因此第一時間聯(lián)系原生產廠家進行采購。

(2)對裝置區(qū)類似閥門進行排查，及時發(fā)現問題并處理。

(3)補充完善防凍方案，安裝有類似閥門的管道，在管道防凍交出后，應再次打開閥門，對腔體進行二次排凝。

(4)建議在楔形閥板一側開小孔，排泄閥體內腔積液，具體方案與生產廠家進行可行性討論。

5 結語

電動閥門閥體凍裂事件反映出裝置設備管理人員對一些看似簡單、常用的裝置結構的認識不足，未能深入了解，以至于發(fā)生設備損壞事件。這也說明，裝置冬季防凍方案還需要進一步細化到每一臺設備、每一條管線和每一臺閥門。只有徹底了解裝置的內部結構，才能做好設備的維護保養(yǎng)工作。