焦化75t干熄焦旋轉密封閥修復技術研究
2023-09-01
張永占，韓玉川，陳振國
(安陽鋼鐵股份有限公司)
摘 要：通過對干熄焦旋轉密封閥的結構分析和原理說明，針對存在的問題提出合適的修復方法、材料和加工工藝，形成了一套完整的修復技術，實施后保障了設備運行。
關鍵詞：干熄焦；密封閥修復；技術
0 前言
旋轉密封閥是干熄焦排焦系統的重要組成部分，其位置在干熄爐底部焦炭出口的電磁振動給料器下部，在驅動裝置的動力下帶動轉子按規定的方向旋轉，將焦炭連續排出，即能連續定量的排料，又具有良好的密封性和耐磨性。可以有效控制干熄爐內的循環氣體和粉塵的外泄，穩定爐內氣壓。這種密閉的結構決定了旋轉密封閥的修復難度，其難點主要在于轉子刃的堆焊加工和襯板材料的選擇上，通過研究，確立了堆焊加工工藝，選取了合適的材料，滿足了修復需要。
1 修復前出現的問題
本次修復的旋轉密封閥型號為QJXZ75－2，轉子直徑為1 800 mm，轉子寬為1 332 mm，轉速為2 r /min～6 r /min，環境溫度為200 ℃左右，排焦能力為75 t /h。
修復前主要有以下問題: ( 1) 入料口軟連接螺栓缺失、軟連接老化、漏風漏料; ( 2) 葉片局部磨損，部分損壞嚴重; ( 3) 殼體內部的襯板部分生銹、部分脫落; ( 4) 兩端面密封不同程度的漏風; ( 5) 軸承及軸承密封損壞，保持架脫落，噪音大; ( 6) 各潤滑油管及分配器堵塞，油脂無法順暢到達被潤滑部位;( 7) 臺車車輪及軸承等部件部分缺失; ( 8) 外部防護欄桿局部缺失，需要重新加裝、清洗、噴漆; ( 9) 殼體外部防腐材料脫落。
2 旋轉密封閥的結構分析
根據從外到里，從簡單到復雜的原則，逐步解體旋轉密封閥。結合搜集到的材料，確定密封閥結構有閥體、轉子、密封副、下料槽、機架、臺車、驅動裝置和自動給脂潤滑裝置等及部分組成，其結構如圖1所示。
3 旋轉密封閥的工作原理
通過深入焦化生產現場和解體的機構分析，認為旋轉密封閥在旋轉過程中，焦炭經各個隔倉由上至下均勻排出，為減少干熄爐內氣體介質外漏，需控制轉子刃及機體內壁的間隙，間隙越小，干熄爐內氣體介質外漏量也就越小。轉子端面密封采用軟硬結合的密封結構。密封副為一組銅環，由彈簧壓緊并能自動補償間隙誤差，密封副之間由自動給脂裝置定量給脂保證潤滑，限度的減小磨損。為防止粉塵進入，在閥體兩側軸承箱內設計有氣體輔助密封，使干熄爐內高溫含塵氣體不能進入軸承箱，改善了軸承和密封環的工作環境，能夠有效的防止軸承溫度升高，減少密封環磨損。保證端面密封裝置正常運行。
為滿足連續密閉排焦功能，干熄焦旋轉密封閥轉子內部為12 組葉片，轉子兩端支撐在閥體軸承箱內［1］。轉子驅動軸端與減速機相連，閥體上口內設調節刀，能有效防止卡料，閥體下口與下料槽相連，下料槽設有積窩，可存積焦炭，使焦炭在排除過程中形成料磨料，使落料盡量不接觸機體，限度的減少磨損，以保護機體鋼結構。工作過程如圖2 所示。
閥體、轉子、下料槽和驅動裝置組裝成一體置于臺車上，臺車下設有四個輪子。
4 根據裝置結構和工作原理，確定修復材料
轉子刃口采用特種高硬度、高耐磨、高碳高釩高速工具鋼。( 釩含量一般在3%以上、碳含量在1.2%以上、熱處理后具有很高耐磨性的高速鋼)轉子葉片表面、閥體內表面及下料槽內表面采用高耐磨襯板。此種高耐磨襯板是在普通鋼板或耐熱鋼板、不銹鋼板上堆焊形成以體積分數達到50%以上Cr7C3 碳化物為主的合金耐磨層［2］，其密度≥3.6 g /cm3，洛氏硬度≥85 HＲC，壓強度≥850 MPa，斷裂韌性KIC ≥4.8 MPa . m1/2，抗彎強度≥290 MPa，導熱系數為20 W/m.K; 熱膨脹系數為7.2×10－6 m/m.K。
密封閥入料口采用高鉻鑄鐵，是含鉻量在12%～28%之間的鉻系白口鑄鐵，由于鉻的大量加入使得白口鐵中的M3C 型碳化物變成M7C3 型碳化物。這種合金碳化物很硬，賦予了高鉻鑄鐵良好的耐磨性。另一方面，在凝固過程中M7C3 型碳化物呈桿狀孤立分布，使得高鉻鑄鐵的韌性有了一定程度的改善。
密封副部位為高錳耐磨鋼。其含碳量高，碳的質量分數達C = 0.9%～1.45%，Mn = 11%～14%，是抵抗強沖擊、大壓力物料磨損等耐磨材料中的佳選擇，具有其它耐磨材料無法比擬的加工硬化特性。
在較大沖擊或較大接觸應力的?用下，高錳鋼板表層產生加工硬化，表面硬度由HB200 迅速提升到HB500 以上，從而產生高耐磨的表面層，而鋼板內層奧氏體仍保持良好的沖擊韌性，是作為密封副部位的佳材料。
密封環為鑄造錫青銅。是以錫為主要合金元素的青銅。含錫量一般在3%～ 14%之間，有時還添加磷、鉛、鋅等元素。磷是良好的脫氧劑，還能改善流動性和耐磨性。錫青銅中加鉛可改善可切削性和耐磨性，加鋅可改善鑄造性能。這種合金具有較高的力學性能、減磨性能和耐蝕性，易切削加工，釬焊和焊接性能好，收縮系數小，無磁性。是密封環的首選材料。
閥門主體采用低碳合金結構鋼。具有較高的抗拉強度和屈強，適合做閥門基材。
5 制定完善的修復方案
5.1 人員配置
由于該修復項目技術難度高，材料應用復雜，加工安裝調整精度高，過程跟蹤及現場協調相當重要，故設置兩名工程師以上專業技術人員為項目負責人，牽頭組建修復隊伍( 含兩名經驗豐富的裝配鉗工) ，全權負責該修復項目的實施。
5.2 設備配置
埋弧焊( 用于簡單磨損面的堆焊) ; 大型數控龍門銑［3］、數控鏜床、6.3 m 立式車床( 用于堆焊后的機械加工) ; 空氣壓縮機( 用于壓力試驗) ; 自動給脂泵( 用于壓力試驗時潤滑脂的充分供應) ; 動力傳動裝置( 用于修復后檢驗各項參數) 。輔助工器具( 用于拆解閥體及回裝) 。
5.3 工裝準備
閥體進料口試驗盲板及接口裝置; 閥體左右密閉腔試驗法蘭及連接裝置; 移動式自動給脂泵裝置;1: 1 動力傳動裝置; 閥體拆解所必須的工具。
5.4 修復過程
( 1) 旋轉密封閥進入修復現場后，首先對閥體所有部位及拆解過程進行全程方位拍照、存檔，以確保備件整體的完整性，發現問題能夠及時溯源，便于查找原因。
( 2) 閥體拆解前首先打開兩端密封腔觀察孔，看密封環及壓緊彈簧處是否干凈整潔，若干凈整潔證明密封環密封完好，閥體內部灰塵沒有進入密封腔。修復相對簡單，若有明顯浮灰，證明密封環已失效，修復難度較大。根據觀察情況確定是否更換密封環，并做好觀察記錄。
( 3) 安排專人拆解閥體，除銹、清灰、打磨、使設備恢復本色，拆解過程注意零部件的標示及松緊程度的掌握，以便修復后回裝時提高效率。
( 4) 檢查更換入口處軟連接，若軟連接失效，更換新的軟連接。
( 5) 對葉片磨損部位進行堆焊處理，堆焊完成后，所有葉片在立式車床上整體加工，保證葉片與閥體之間的間隙滿足要求。
( 6) 對所有襯板進行檢查，能修復的堆焊修磨，不能修復的測繪制作，更換新的。
( 7) 對各處密封面進行檢查，能修復則修復，不能修復換新。
( 8) 對各潤滑密封油路及分配器進行疏通清理，保證潤滑充分，必要時更換油路分配器。
( 9) 對各軸承及軸承密封進行檢查清洗，必要時更新，確保正常使用。
( 10) 對臺車本體和閥體本體進行適用性和安全性檢查，確保安全可靠。恢復損壞的欄桿防護。
( 11) 對入料口及密封腔進行試壓。
( 12) 用戶初步驗收，提出整改意見。
( 13) 對用戶提出的問題進行整改。
( 14) 進行各項壓力試驗，整理修復過程及參數。
( 15) 刷漆，出廠( 附相關技術文件) 。
( 16) 技術文件歸檔，工裝器具封存以備再次使用。
6 修復標準確定并通過驗收
整體靜態密封試驗: 氣壓為11 000 Pa，靜置30 min，用肥皂水涂在要檢查的法蘭、閥體等部位，確認無泄漏。
入口試驗: 轉子內通入5 500 Pa 的壓縮空氣，空氣流量小于1 000 m3 /h ～1 600 m3 /h。
兩側密封腔試驗: 兩側密封腔內通入10 000 Pa的壓縮空氣，轉子按要求勻速轉動，自動給脂裝置正常工作，氣腔內壓力波動小于2 000 Pa，空氣流量為120 m3 /h ～200 m3 /h。
按此驗收標準，對修復好的旋轉密封閥進行驗收，參數見表1。
7 結語
通過本次旋轉密封閥修復技術研究，相關專業技術人員了解了75 t 級旋轉密封閥的損壞特點和規律，掌握了完整的修復技術，并取得了良好的效果，為公司干熄焦設備的平穩運轉提供了技術保障。
8 參考文獻
［1］ 闌文友．冶金機械安裝［M］．北京: 冶金工業出版社，1997: 200．
［2］ 濮良貴．機械設計［M］．北京: 高等教育出版社，2004: 98－100．
［3］ 王愛玲．機床數控技術［M］．北京: 高等教育出版社，2009: 73－74．
來源：《河南冶金》
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