朱磊　劉帥

（北（běi）京（jīng）航化節能環保技術有限公司，北京　100166）

摘　要：本文介紹了國內（nèi）某石化（huà）大型RTO熱（rè）氧化爐（lú）的換向閥改（gǎi）進方案,改進方案涉（shè）及了閥杆及其連接結構、閥板密封結構、閥杆密封結（jié）構及支撐結構三個（gè）方麵的內容。本次改（gǎi）造提高了閥門的密封性,解（jiě）決了爐內廢氣的內漏問（wèn）題與外漏問題,能夠滿足環保新標準下的排放要求。改進方案能夠給（gěi）其他（tā）類（lèi）似RTO爐換向閥的（de）改造（zào）提供參考。

關鍵詞：RTO爐；換向閥；密（mì）封結構；支撐結構；改進

1　概述

近年來，隨著國家相（xiàng）關環保法律（lǜ）、法（fǎ）規（guī）及標準的日益嚴格，對工業廢氣排放的要求越來越高。在國內某大型石化項（xiàng）目中，一套由XX公司提供的三室RTO焚燒裝置因（yīn）所處理廢氣（qì）的組成、工藝條件與原始設計相比發生變化，加之設備設（shè）計理念陳舊，無法滿（mǎn）足排放新（xīn）標（biāo）準，亟需進行（háng）結構改（gǎi）進。

三室RTO爐共有6個換向閥，在爐底兩兩成對，分組布置。每組換（huàn）向閥分為一個高溫側換向閥與一個低（dī）溫側換向閥，分（fèn）別控製三（sān）個燃燒室的進氣口與排氣口的開閉。三組換向閥與RTO爐三個蓄熱室對應，通過一定的順序打開、關閉，引導煙（yān）氣通過蓄熱室、燃燒室，Z終排放到大氣中。工作時RTO爐內呈微負壓狀態。高溫側換向閥的外側與煙氣出口管道連通，區域溫度Z高達300℃；低溫側換向閥的外側與煙氣（qì）進口管道連通，區（qū）域溫度Z高達200℃。爐內廢氣具有一定的腐蝕性。裝置運行時，換向閥每半分鍾開閉一次，動作頻繁。

換向閥的平麵閥板與密封端麵通過直（zhí）接接觸實現密封。閥板閉（bì）合後，因（yīn）加（jiā）工、裝配精度低導致密封不嚴，廢氣在壓（yā）力作用下流動，在閥板處形成少許（xǔ）內漏，不通（tōng）過蓄熱體及爐膛焚燒直接排放。同時，閥杆在往複運動中對密封填（tián）料造成磨損（sǔn），使廢氣通過填料直接泄漏到大氣（qì）中，發生外漏。另外（wài），換向閥（fá）內（nèi）部存在高溫煙氣，經長期運行後，原閥杆與閥板均存在不同程度的腐蝕損壞。由於原換向閥設計存在上述問題，加之在排放指標、環保（bǎo）指標更為嚴格的情況下（xià），即（jí）使少量的泄漏也（yě）會（huì）對排放指標（biāo）產生很大的影響，因此需要通過改造提高閥門的密封性、耐蝕性和耐用度，使裝置（zhì）能（néng）夠滿（mǎn）足現有工況條件下長期穩定運行的要求，並且使排放的廢氣滿足《GB31571-2015 石油化學（xué）工業汙染（rǎn）物排放標（biāo）準》的排（pái）放指標。

2　換向閥的結構問（wèn）題及（jí）改進方案

根據長（zhǎng）期運行後裝置換向閥出現的泄露、損壞等問題，結合故障點的（de）出現位置，可以從以下三個方麵對換向閥的結（jié）構進行分析，並考慮改（gǎi）進辦法：

①閥杆材料及其連接結構換（huàn）向閥的主要動（dòng）件是閥杆和圓形閥（fá）板，因閥門動作頻（pín）繁，密封結構及支撐（chēng）結構負荷較大。加之爐中廢氣溫度較高且有較強的腐蝕性，裝置運行一段時間後，閥杆與閥板均發生了一（yī）定的磨（mó）損與破壞，如圖1所示。經現場測量、檢查發（fā）現，閥（fá）板與密封麵之間存在一定（dìng）程度的平行度偏差。因此，應對閥板與閥杆采取降低重（chóng）量、更換材料、增加錯動補償機構等措施使動件擁有（yǒu）更長的使用壽命和更好（hǎo）的密封效果。

②閥板密封結構原設計中，圓形閥板僅通過與密封麵接觸時自身發生形（xíng）變來進行密封，結構（gòu）如圖2所示。由於加（jiā）工精度無法保證，以及長（zhǎng）期運行帶（dài）來的支（zhī）撐結構磨損，圓形閥板與密封麵無法在圓周上所有的位置都能緊密（mì）接觸。因此，需要對閥板密封結構進行重新設計，來保證長期運行中閥板密封的可靠（kào）性。

③閥杆（gǎn）密封結構及支撐結構原設計中，閥（fá）杆的（de）密封組（zǔ）件采用的是填料式密封，由（yóu）於換向閥的動作（zuò）頻率非常高（每30s動作1次）使得此處密封填料的損耗非常快，如圖3所示。閥杆的支撐結構是在內外兩側對稱布置的由（yóu）三（sān）個橡膠輪組（zǔ）成的支撐軸承，如圖4所示。拆除（chú）支撐（chēng）軸承後，發現滑輪表麵包膠因長期使用表麵（miàn）已發生永久變形；滑輪的轉軸因長期與軸套幹磨（mó），已嚴重（chóng）磨損；部分滑輪已無法正常轉動（dòng）。此外，經檢查發現，支撐軸承雖然（rán）有一（yī）定的（de）調心功能，但（dàn）當閥杆兩端同時采用此結（jié）構（gòu）時，很難保證閥杆與密（mì）封函的同心度，從而加劇了填料的磨損（sǔn）。填料磨損後，廢氣在此處發生泄漏。因此，需要對閥杆的密封結構與支（zhī）撐機構進行重新設計，以達到更好的閥杆密封效果與更長的使用壽命。

下（xià）麵分別對以上三個方（fāng）麵的改（gǎi）進辦法與實施情況（kuàng）進行詳細介紹。

2.1 閥杆及其連接結（jié）構的改進

原換向閥中（zhōng），閥杆為直徑60mm的實心杆，材質為碳鋼Q235A，閥板為直徑1300mm，厚2mm的圓形板，材質同（tóng）為碳鋼Q235A。在運行一（yī）段時間後，閥杆與閥板表麵均出現了嚴重的腐蝕與磨損。考慮到長期運行時的設備工況，需要同時（shí）滿足力學（xué）性能、表麵硬度、耐腐蝕（shí）性三方麵要求，因此理想的替代材料有（yǒu）調製鋼40Cr與（yǔ）316不鏽鋼，使用性能見表1。

根據現場（chǎng）的使用經驗，全新更（gèng）換的Q235A閥（fá）杆使用一（yī）周左右就會產生嚴重的鏽蝕，因（yīn）此將耐蝕（shí）性作為閥杆設（shè）計考慮的Z關鍵指標。出（chū）於減（jiǎn）少閥杆支撐軸承負荷及增加閥杆耐腐蝕性的目的，選用直徑63mm，厚10mm的316不鏽鋼鋼（gāng）管作為替代閥杆材料。經計算，空心閥杆與實心閥杆相比（bǐ），強度基本（běn）保持不變，而（ér）重量降低了 30%。閥板的材（cái）料也選用316不鏽鋼，直徑不變，厚度增加到 4mm。增加（jiā）厚度的閥板在密（mì）封過程中無需再發生形變。

在原設計中，氣缸活塞杆與閥（fá）杆之間由一個帶有一定間隙的（de）過渡頭進（jìn）行連接，這個過渡頭與閥杆連接頭之（zhī）間的間隙能夠在一定程度上補償（cháng）活塞杆與閥杆之間的偏（piān）心量。但在（zài）安裝（zhuāng）過程中，由於兩端的閥（fá）杆支撐軸承的高度都是可調的，這使得氣缸活塞杆與閥杆之間的（de）同心度難以控製，同時閥杆自身的（de）磨損與閥杆支撐軸承的磨損（sǔn）會導致活塞杆與閥杆的同心度偏差進一步加大。此時，僅（jǐn）靠過渡頭的間隙無法對兩杆的偏心（xīn）量進行補償。改進的辦法是在過渡頭與活塞杆之間增加了一個浮動接頭（tóu）。浮（fú）動接頭允許（xǔ）兩（liǎng）側連接杆發生偏心滑動和球麵滑動，它能夠對（duì）活塞杆與閥杆之（zhī）間的偏心量進（jìn）一步進行補償。

2.2 閥板密封結（jié）構的改進

如前文所述，原換向閥閥板的密封是通過具有一定彈性（xìng）變形能力的閥（fá）板及與圓筒狀密封麵接觸的方式來實現的。而在（zài）運行過程中，由於（yú）安裝（zhuāng）精（jīng）度難以保證以及閥杆支撐（chēng）軸承（chéng）磨損等原因，閥板與密封麵（miàn）很難（nán）保證平行，從而（ér）緊密貼合，廢氣會從閥板與密封麵（miàn）的縫隙處發生泄漏；同（tóng）時，由於加工精度及閥板材料、厚度等原（yuán）因，長期運行時（shí）閥板出現了疲勞應力腐蝕，發生斷裂。

為了避免上述問題，改進後（hòu）的閥板密封結構在密封麵上加工兩道密封槽，選用適當的彈性體材（cái）料作為密封體；同時，加厚的閥板（bǎn）不再發生形變，密封過程中彈性密封體（tǐ）發生形變形成密封（fēng）。利（lì）用密封體的回彈性補償閥板（bǎn）與密封麵之間的平（píng）行度偏差。同（tóng）時，利（lì）用兩道密封體形成迷宮密封結構，阻止氣體泄漏。

換向閥高溫側（cè）的環境溫（wēn）度（dù）Z高可達到300℃，因此要求密封體（tǐ）材料在（zài）高溫（wēn）下具有（yǒu）良好的物理、化學特性穩定性。表2中列舉了幾種合適的密封體材料的重（chóng）要的特性。從表中可以看（kàn）出，全（quán）氟醚（mí）橡（xiàng）膠的耐溫（wēn）性（xìng）Z好，回彈率較高，但其價格昂貴，不適合（hé）大量使用。膨體四氟板與氟（fú）橡膠板的回彈率好，耐溫性較（jiào）差，不能長期使用。綜合考慮各項指標，Z終選擇膨脹石墨板作為密封體材料。膨脹石（shí）墨的耐溫性（xìng）出色，同時兼具較好的回彈性，適用於目的（de）工況。但膨脹石墨材質較脆，製（zhì）成密封條時需采用分段拚接的方式塞入密封溝槽中（zhōng），這些接縫存在泄漏隱患（huàn）。解決方法是（shì）用（yòng）耐550℃的（de）高溫密封膠填充間隙。

2.3 閥杆密（mì）封結構及支撐結構的改進

原（yuán）閥（fá）杆密封（fēng）結構采用填料密封，隨著閥杆（gǎn）頻繁往複運行，填料很快被磨損。改進後的密封結構密封（fēng）函內從連接法蘭處被分開成兩個腔。外腔由內向外依次放置氣封環、定位套與 Y 型密封環；內腔由內向外依次放置 Y 型密封環，自潤滑軸承。密封（fēng）函加工時采用一次裝卡，保證（zhèng）內外腔壁的同心度。結構中，Y 型密封環能夠（gòu）有效阻（zǔ）隔灰塵及油汙進入密封函；定位套和自潤滑軸承能夠保證閥杆與氣封環之間的同心度，並取代之前結（jié）構中的一（yī）組閥杆支（zhī）撐軸承，起到支撐閥杆的作用（yòng）。氣（qì）封環內有數個2mm寬的環形（xíng）間隙與12個2mm 直徑的進氣孔，壓縮空氣通過進（jìn）氣（qì）孔進入氣封（fēng）環，在間隙（xì）處形成渦流，阻（zǔ）止內部氣體外泄，起到密封的（de）效（xiào）果。

改進後的閥杆支撐軸承基本（běn）結構保持不變，但針（zhēn）對原軸（zhóu）承出（chū）現的使用問題做（zuò）如下調整：

①將原結構中的橡膠輪改為40Cr材質的鋼輪，避免長期運行後滑輪本身發生變形，提高（gāo）滑輪在高溫煙氣條件下的耐用性和耐腐蝕性；

②增加下部兩個滑（huá）輪的寬度，增大滑輪與閥杆的接觸麵積，降（jiàng）低滑輪（lún）與閥杆之間接觸處的壓強；

③在每（měi）個滑輪內部（bù）增（zēng）加一對自潤滑軸承，使滑輪的滑動更加順（shùn）滑，延長（zhǎng）滑輪的使用壽命。 

3　結論

改進後的換向閥經半年連（lián）續運行（háng），廢氣再無（wú）泄漏。設備能夠滿足新標準中的排（pái）放要求，達到了預期的（de）改進目的。具體效果總（zǒng）結如下：

①更換後的316不（bú）鏽鋼閥杆與閥板能夠有效抵抗腐蝕並降低閥杆支撐負荷，減少磨損，具有更長的使用壽命；改進後的閥杆連接結構能夠補償運行過程中閥杆與活塞杆的同心度（dù）偏差，延長密封結構的使用壽命。

②作（zuò）為閥（fá）板密封體材料，膨脹石墨在高溫下具有良好（hǎo）的熱穩定性和良好的回彈率。改進後的閥板密封結構能（néng）夠避免閥板由於反複形變而（ér）損壞，具有更（gèng）長的使用壽命；由膨脹石墨構成的兩道迷宮密封結構能夠有效阻止高溫廢氣內漏。

③改進後的閥杆密封結構能夠有（yǒu）效阻隔灰（huī）塵；有效阻止廢氣（qì）外漏，並對閥杆提供穩固支撐（chēng）。改（gǎi）進後的閥杆支撐軸承運轉更加順滑，使用壽命大大增加。

④改進提高（gāo）了換向閥的密封性；提高了換向閥運行時的平順性（xìng）與可靠性；延長了換向閥的使用（yòng）壽命。該改造方案能（néng）夠普遍應（yīng）用在類似結構的RTO爐及其他高溫煙氣環境下具有相似結構的閥門中。

來源：《內燃機與配件》2018年第8期