關(guān)于蓄熱式焚燒爐(RTO)換向閥的結(jié)構(gòu)分析與改
關(guān)于蓄熱式焚燒爐(RTO)換向閥的結(jié)構(gòu)分析與改摘要
我們以化工行業(yè)普遍應(yīng)用的 三室蓄熱式焚燒爐(RTO) 為例,針對三室RTO共有6個(gè)換向閥,在爐底兩兩成對,分組布置(如下圖)。 三組換向閥與RTO三個(gè)蓄熱室對應(yīng),通過一定的順序打開
我們以化工行業(yè)普遍應(yīng)用的三室蓄熱式焚燒爐(RTO)為例,針對三室RTO共有6個(gè)換向閥,在爐底兩兩成對,分組布置(如下圖)。
三組換向閥與RTO三個(gè)蓄熱室對應(yīng),通過一定的順序打開、關(guān)閉,引導(dǎo)煙氣通過蓄熱室、燃燒室,終排放到大氣中。工作時(shí)RTO焚燒爐內(nèi)呈微負(fù)壓狀態(tài)。高溫側(cè)換向閥的外側(cè)與煙氣出口管道連通,區(qū)域溫度高達(dá)300℃;低溫側(cè)換向閥的外側(cè)與煙氣進(jìn)口管道連通,區(qū)域溫度高達(dá)200℃。爐內(nèi)廢氣具有一定的腐蝕性。裝置運(yùn)行時(shí),換向閥每60-180s開閉一次,動(dòng)作頻繁。
換向閥的平面閥板與密封端面通過直接接觸實(shí)現(xiàn)密封。閥板閉合后,因加工、裝配精度低導(dǎo)致密封不嚴(yán),廢氣在壓力作用下流動(dòng),在閥板處形成少許內(nèi)漏,不通過蓄熱體及爐膛焚燒直接排放。同時(shí),閥桿在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中對密封填料造成磨損,使廢氣通過填料直接泄漏到大氣中,發(fā)生外漏。
另外,換向閥內(nèi)部存在高溫?zé)煔?,?jīng)長期運(yùn)行后,原閥桿與閥板均存在不同程度的腐蝕損壞。由于原換向閥設(shè)計(jì)存在上述問題,加之在排放指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo)更為嚴(yán)格的情況下,即使少量的泄漏也會(huì)對排放指標(biāo)產(chǎn)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,使裝置能夠滿足現(xiàn)有工況條件下長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求,并且使排放的廢氣滿足《GB31571-2015 石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放指標(biāo)。
根據(jù)長期運(yùn)行后裝置換向閥出現(xiàn)的泄露、損壞等問題,結(jié)合故障點(diǎn)的出現(xiàn)位置,可以從以下三個(gè)方面對換向閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并考慮改進(jìn)辦法:
1.閥桿材料及其連接結(jié)構(gòu)換向閥的主要?jiǎng)蛹情y桿和圓形閥板,因閥門動(dòng)作頻繁,密封結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)負(fù)荷較大。加之爐中廢氣溫度較高且有較強(qiáng)的腐蝕性,裝置運(yùn)行一段時(shí)間后,閥桿與閥板均發(fā)生了一定的磨損與破壞。
經(jīng)現(xiàn)場測量、檢查發(fā)現(xiàn),閥板與密封面之間存在一定程度的平行度偏差。因此,應(yīng)對閥板與閥桿采取降低重量、更換材料、增加錯(cuò)動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)等措施使動(dòng)件擁有更長的使用壽命和更好的密封效果。
2.閥板密封結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)中,圓形閥板僅通過與密封面接觸時(shí)自身發(fā)生形變來進(jìn)行密封。
由于加工精度無法保證,以及長期運(yùn)行帶來的支撐結(jié)構(gòu)磨損,圓形閥板與密封面無法在圓周上所有的位置都能緊密接觸。因此,需要對閥板密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),來保證長期運(yùn)行中閥板密封的可靠性。
3.閥桿密封結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)中,閥桿的密封組件采用的是填料式密封,由于換向閥的動(dòng)作頻率非常高(每60-180s動(dòng)作1次)使得此處密封填料的損耗非常快。
閥桿的支撐結(jié)構(gòu)是在內(nèi)外兩側(cè)對稱布置的由三個(gè)橡膠輪組成的支撐軸承。
拆除支撐軸承后,發(fā)現(xiàn)滑輪表面包膠因長期使用表面已發(fā)生永久變形;滑輪的轉(zhuǎn)軸因長期與軸套干磨,已嚴(yán)重磨損;部分滑輪已無法正常轉(zhuǎn)動(dòng)。
此外,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),支撐軸承雖然有一定的調(diào)心功能,但當(dāng)閥桿兩端同時(shí)采用此結(jié)構(gòu)時(shí),很難保證閥桿與密封函的同心度,從而加劇了填料的磨損。填料磨損后,廢氣在此處發(fā)生泄漏。因此,需要對閥桿的密封結(jié)構(gòu)與支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),以達(dá)到更好的閥桿密封效果與更長的使用壽命。
一、閥桿及其連接構(gòu)件
如某涂布行業(yè)企業(yè),一臺(tái)55000Nm3/h處理量的RTO,在換向閥設(shè)計(jì)中的幾個(gè)取值,如閥桿為直徑60mm的實(shí)心桿,材質(zhì)為不銹鋼,閥板為直徑 1300mm,厚3-10mm 的圓形板,材質(zhì)同為不銹鋼。在運(yùn)行一段時(shí)間后,閥桿與閥板表面均出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕與磨損??紤]到長期運(yùn)行時(shí)的設(shè)備工況,需要同時(shí)滿足力學(xué)性能、表面硬度、耐腐蝕性三方面要求,因此理想的替代材料有調(diào)制鋼不銹鋼或其他合金鋼。
根據(jù)現(xiàn)場的使用經(jīng)驗(yàn),選用直徑63mm,厚10mm的不銹鋼鋼管作為替代閥桿材料。閥板的材料也選用不銹鋼,直徑不變,厚度增加。
閥桿自身的磨損與閥桿支撐軸承的磨損均會(huì)導(dǎo)致活塞桿與閥桿的同心度偏差進(jìn)一步加大。改進(jìn)的辦法是在過渡頭與活塞桿之間增加一個(gè)浮動(dòng)接頭。浮動(dòng)接頭允許兩側(cè)連接桿發(fā)生偏心滑動(dòng)和球面滑動(dòng),它能夠?qū)钊麠U與閥桿之間的偏心量進(jìn)行補(bǔ)償,使得換向閥在長期使用過程中穩(wěn)定高效地運(yùn)行,降低RTO換向閥運(yùn)行安全隱患。
二、閥板密封構(gòu)件
1.改進(jìn)后的閥板密封結(jié)構(gòu)在密封面上加工兩道密封槽,選用適當(dāng)?shù)膹椥泽w材料作為密封體;利用密封體的回彈性補(bǔ)償閥板與密封面之間的平行度偏差。同時(shí),利用兩道密封體形成迷宮密封結(jié)構(gòu),阻止有機(jī)廢氣泄漏,提高RTO處理效率。換向閥高溫側(cè)的環(huán)境溫度高可達(dá)到300℃甚至更高(如部分行業(yè)需增加反燒工藝),因此要求密封體材料在高溫下具有良好的物理、化學(xué)特性穩(wěn)定性。膨脹石墨的耐溫性出色,同時(shí)兼具較好的回彈性,非常適用于目的工況。
2.改進(jìn)后的閥板密封結(jié)構(gòu)在密封面上增加集氣室,增加壓縮空氣接口,內(nèi)部通入正壓,以保證換向閥的零泄漏。
三、閥桿支撐構(gòu)件
1.將原結(jié)構(gòu)中的橡膠輪改為40Cr材質(zhì)的鋼輪,提高滑輪在高溫?zé)煔鈼l件下的耐用性和耐腐蝕性。
2.增加下部兩個(gè)滑輪的寬度,增大滑輪與閥桿的接觸面積,降低滑輪與閥桿之間接觸處的滑動(dòng)摩擦阻力。
3.在每個(gè)滑輪內(nèi)部增加一對自潤滑軸承,使滑輪的滑動(dòng)更加順滑,延長滑輪的使用壽命。
經(jīng)過我們的研究和探索,根據(jù)上述改進(jìn)措施,換向閥能夠滿足RTO長期使用的穩(wěn)定性和重復(fù)性,使RTO設(shè)備做到滿足新標(biāo)準(zhǔn)中的排放要求,達(dá)到了預(yù)期的改進(jìn)目的。具體效果總結(jié)如下:
1.更換后的不銹鋼閥桿與閥板能夠有效抵抗腐蝕并降低閥桿支撐負(fù)荷,減少磨損,具有更長的使用壽命。
2.作為閥板密封體材料,膨脹石墨在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性和良好的回彈率。
3.改進(jìn)后的閥桿密封結(jié)構(gòu)能夠有效阻隔灰塵;有效阻止RTO運(yùn)行過程中的有機(jī)廢氣泄漏,并對閥桿提供穩(wěn)固支撐。改進(jìn)后的閥桿支撐軸承運(yùn)轉(zhuǎn)更加順滑,使用壽命大大增加。
4.改進(jìn)提高了換向閥的密封性;提高了換向閥運(yùn)行時(shí)的平順性與可靠性;延長了換向閥的使用壽命。
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