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焦化75t干熄焦旋转密封阀修复技术研究

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张永占,韩玉川,陈振国

(安阳钢铁股份有限公司)

  摘 要:通过对干熄焦旋转密封阀的结构分析和原理说明,针对存在的问题提出合适的修复方法、材料和加工工艺,形成了一套完整的修复技术,实施后保障了设备运行。

  关键词:干熄焦;密封阀修复;技术

  0 前言

  旋转密封阀是干熄焦排焦系统的重要组成部分,其位置在干熄炉底部焦炭出口的电磁振动给料器下部,在驱动装置的动力下带动转子按规定的方向旋转,将焦炭连续排出,即能连续定量的排料,又具有良好的密封性和耐磨性。可以有效控制干熄炉内的循环气体和粉尘的外泄,稳定炉内气压。这种密闭的结构决定了旋转密封阀的修复难度,其难点主要在于转子刃的堆焊加工和衬板材料的选择上,通过研究,确立了堆焊加工工艺,选取了合适的材料,满足了修复需要。

  1 修复前出现的问题

  本次修复的旋转密封阀型号为QJXZ75-2,转子直径为1800mm,转子宽为1332mm,转速为2r/min~6r/min,环境温度为200℃左右,排焦能力为75t/h。

  修复前主要有以下问题:(1)入料口软连接螺栓缺失、软连接老化、漏风漏料;(2)叶片局部磨损,部分损坏严重;(3)壳体内部的衬板部分生锈、部分脱落;(4)两端面密封不同程度的漏风;(5)轴承及轴承密封损坏,保持架脱落,噪音大;(6)各润滑油管及分配器堵塞,油脂无法顺畅到达被润滑部位;(7)台车车轮及轴承等部件部分缺失;(8)外部防护栏杆局部缺失,需要重新加装、清洗、喷漆;(9)壳体外部防腐材料脱落。

  2 旋转密封阀的结构分析

  根据从外到里,从简单到复杂的原则,逐步解体旋转密封阀。结合搜集到的材料,确定密封阀结构有阀体、转子、密封副、下料槽、机架、台车、驱动装置和自动给脂润滑装置等及部分组成,其结构如图1所示。

  3 旋转密封阀的工作原理

  通过深入焦化生产现场和解体的机构分析,认为旋转密封阀在旋转过程中,焦炭经各个隔仓由上至下均匀排出,为减少干熄炉内气体介质外漏,需控制转子刃及机体内壁的间隙,间隙越小,干熄炉内气体介质外漏量也就越小。转子端面密封采用软硬结合的密封结构。密封副为一组铜环,由弹簧压紧并能自动补偿间隙误差,密封副之间由自动给脂装置定量给脂保证润滑,最大限度的减小磨损。为防止粉尘进入,在阀体两侧轴承箱内设计有气体辅助密封,使干熄炉内高温含尘气体不能进入轴承箱,改善了轴承和密封环的工作环境,能够有效的防止轴承温度升高,减少密封环磨损。保证端面密封装置正常运行。

  为满足连续密闭排焦功能,干熄焦旋转密封阀转子内部为12组叶片,转子两端支撑在阀体轴承箱内[1]。转子驱动轴端与减速机相连,阀体上口内设调节刀,能有效防止卡料,阀体下口与下料槽相连,下料槽设有积窝,可存积焦炭,使焦炭在排除过程中形成料磨料,使落料尽量不接触机体,最大限度的减少磨损,以保护机体钢结构。工作过程如图2所示。

  阀体、转子、下料槽和驱动装置组装成一体置于台车上,台车下设有四个轮子。

  4 根据装置结构和工作原理,确定修复材料

  转子刃口采用特种高硬度、高耐磨、高碳高钒高速工具钢。(钒含量一般在3%以上、碳含量在1.2%以上、热处理后具有很高耐磨性的高速钢)转子叶片表面、阀体内表面及下料槽内表面采用高耐磨衬板。此种高耐磨衬板是在普通钢板或耐热钢板、不锈钢板上堆焊形成以体积分数达到50%以上Cr7C3碳化物为主的合金耐磨层[2],其密度≥3.6g/cm3,洛氏硬度≥85HRC,压强度≥850MPa,断裂韧性KIC≥4.8MPa·m1/2,抗弯强度≥290MPa,导热系数为20W/m.K;热膨胀系数为7.2×10-6m/m.K。

  密封阀入料口采用高铬铸铁,是含铬量在12%~28%之间的铬系白口铸铁,由于铬的大量加入使得白口铁中的M3C型碳化物变成M7C3型碳化物。这种合金碳化物很硬,赋予了高铬铸铁良好的耐磨性。另一方面,在凝固过程中M7C3型碳化物呈杆状孤立分布,使得高铬铸铁的韧性有了一定程度的改善。

  密封副部位为高锰耐磨钢。其含碳量高,碳的质量分数达C=0.9%~1.45%,Mn=11%~14%,是抵抗强冲击、大压力物料磨损等耐磨材料中的最佳选择,具有其它耐磨材料无法比拟的加工硬化特性。

  在较大冲击或较大接触应力的作用下,高锰钢板表层产生加工硬化,表面硬度由HB200迅速提升到HB500以上,从而产生高耐磨的表面层,而钢板内层奥氏体仍保持良好的冲击韧性,是作为密封副部位的最佳材料。

  密封环为铸造锡青铜。是以锡为主要合金元素的青铜。含锡量一般在3%~14%之间,有时还添加磷、铅、锌等元素。磷是良好的脱氧剂,还能改善流动性和耐磨性。锡青铜中加铅可改善可切削性和耐磨性,加锌可改善铸造性能。这种合金具有较高的力学性能、减磨性能和耐蚀性,易切削加工,钎焊和焊接性能好,收缩系数小,无磁性。是密封环的首选材料。

  阀门主体采用低碳合金结构钢。具有较高的抗拉强度和屈强,适合做阀门基材。

  5 制定完善的修复方案

  5.1人员配置

  由于该修复项目技术难度高,材料应用复杂,加工安装调整精度高,过程跟踪及现场协调相当重要,故设置两名工程师以上专业技术人员为项目负责人,牵头组建修复队伍(含两名经验丰富的装配钳工),全权负责该修复项目的实施。

  5.2设备配置

  埋弧焊(用于简单磨损面的堆焊);大型数控龙门铣[3]、数控镗床、6.3m立式车床(用于堆焊后的机械加工);空气压缩机(用于压力试验);自动给脂泵(用于压力试验时润滑脂的充分供应);动力传动装置(用于修复后检验各项参数)。辅助工器具(用于拆解阀体及回装)。

  5.3工装准备

  阀体进料口试验盲板及接口装置;阀体左右密闭腔试验法兰及连接装置;移动式自动给脂泵装置;1:1动力传动装置;阀体拆解所必须的工具。

  5.4修复过程

  (1)旋转密封阀进入修复现场后,首先对阀体所有部位及拆解过程进行全程方位拍照、存档,以确保备件整体的完整性,发现问题能够及时溯源,便于查找原因。

  (2)阀体拆解前首先打开两端密封腔观察孔,看密封环及压紧弹簧处是否干净整洁,若干净整洁证明密封环密封完好,阀体内部灰尘没有进入密封腔。修复相对简单,若有明显浮灰,证明密封环已失效,修复难度较大。根据观察情况确定是否更换密封环,并做好观察记录。

  (3)安排专人拆解阀体,除锈、清灰、打磨、使设备恢复本色,拆解过程注意零部件的标示及松紧程度的掌握,以便修复后回装时提高效率。

  (4)检查更换入口处软连接,若软连接失效,更换新的软连接。

  (5)对叶片磨损部位进行堆焊处理,堆焊完成后,所有叶片在立式车床上整体加工,保证叶片与阀体之间的间隙满足要求。

  (6)对所有衬板进行检查,能修复的堆焊修磨,不能修复的测绘制作,更换新的。

  (7)对各处密封面进行检查,能修复则修复,不能修复换新。

  (8)对各润滑密封油路及分配器进行疏通清理,保证润滑充分,必要时更换油路分配器。

  (9)对各轴承及轴承密封进行检查清洗,必要时更新,确保正常使用。

  (10)对台车本体和阀体本体进行适用性和安全性检查,确保安全可靠。恢复损坏的栏杆防护。

  (11)对入料口及密封腔进行试压。

  (12)用户初步验收,提出整改意见。

  (13)对用户提出的问题进行整改。

  (14)最终进行各项压力试验,整理修复过程及参数。

  (15)刷漆,出厂(附相关技术文件)。

  (16)技术文件归档,工装器具封存以备再次使用。

  6 修复标准确定并通过验收

  整体静态密封试验:气压为11000Pa,静置30min,用肥皂水涂在要检查的法兰、阀体等部位,确认无泄漏。

  入口试验:转子内通入5500Pa的压缩空气,空气流量小于1000m3/h~1600m3/h。

  两侧密封腔试验:两侧密封腔内通入10000Pa的压缩空气,转子按要求匀速转动,自动给脂装置正常工作,气腔内压力波动小于2000Pa,空气流量为120m3/h~200m3/h。

  按此验收标准,对修复好的旋转密封阀进行验收,参数见表1。

  7 结语

  通过本次旋转密封阀修复技术研究,相关专业技术人员了解了75t级旋转密封阀的损坏特点和规律,掌握了完整的修复技术,并取得了良好的效果,为公司干熄焦设备的平稳运转提供了技术保障。

  8 参考文献

  [1]阑文友.冶金机械安装[M].北京:冶金工业出版社,1997:200.

  [2]濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2004:98-100.

  [3]王爱玲.机床数控技术[M].北京:高等教育出版社,2009:73-74.
来源:《河南冶金》2018年第4期