廖達(dá)清，馬文彬
( 新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西新余338001)
摘要: 針對(duì)新鋼高速棒材生產(chǎn)線雙蓄熱式加熱爐換向閥在使用中出現(xiàn)的側(cè)閥板密封圈損壞、換向閥閥桿與箱體間漏煤氣、閥桿變形卡死、換向閥開(kāi)關(guān)不到位、管道內(nèi)壁的銹蝕物堵塞三聯(lián)件或是氣源管路以及閥桿與閥板的連接方式在設(shè)計(jì)上存在缺陷等問(wèn)題，采取了嚴(yán)格控制爐溫、定期更換閥桿密封圈、增加隔熱材料及優(yōu)化換向閥結(jié)構(gòu)等措施，減少了換向閥的故障率，提高了換向閥的安全運(yùn)行可靠性。
關(guān)鍵詞: 雙蓄熱式加熱爐; 換向閥; 密封
0 前言
換向閥是新鋼高速棒材生產(chǎn)線雙蓄熱式加熱爐的核心設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到加熱爐的安全運(yùn)行及高棒生產(chǎn)的正常進(jìn)行。新鋼高速棒材生產(chǎn)線加熱爐采用以蜂窩體為蓄熱體的空氣、煤氣雙蓄熱燃燒技術(shù)，并采用氣動(dòng)雙氣缸的二位三通換向閥控制換向的分段集中換向系統(tǒng)。換向閥分5段，共有10 對(duì)20 個(gè)閥，每對(duì)換向閥控制一段煤氣( 空氣) 蓄熱燒嘴供氣或排煙。
1 換向燃燒系統(tǒng)工作原理
加熱爐采用兩側(cè)上下加熱方式，空氣( 煤氣) 蓄熱燒嘴左右配對(duì)組合。各段煤氣或空氣蓄熱燒嘴的換向控制由兩臺(tái)雙氣缸的二位三通換向閥控制，每臺(tái)換向閥均由換向閥本體、控制系統(tǒng)及氣動(dòng)氣源組成，電磁閥控制換向閥進(jìn)氣和排氣的啟閉動(dòng)作，兩只接近開(kāi)關(guān)控制閥桿上下定位。二位三通換向閥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
自動(dòng)換向時(shí)要遵守先關(guān)后開(kāi)的原則，換向閥在換向過(guò)程中起切斷作用，避免了煤氣( 空氣) 短路的可能。向加熱爐內(nèi)送煤氣或空氣時(shí)，加熱爐各段一側(cè)的氣缸起氣源通過(guò)的作用，氣缸先帶動(dòng)閥桿、閥板將排煙口封閉后，再打開(kāi)進(jìn)氣口，使煤氣或空氣通過(guò)換向閥的出氣口而進(jìn)入爐膛進(jìn)行燃燒; 各段另一側(cè)的換向閥同時(shí)將進(jìn)氣口封閉，排煙口打開(kāi)，通過(guò)煤氣( 空氣) 引風(fēng)機(jī)將爐膛內(nèi)的煙氣依次經(jīng)過(guò)蓄熱燒嘴、沿線管路、引風(fēng)機(jī)、煙囪而排出爐外。兩側(cè)換向閥根據(jù)設(shè)定時(shí)間不斷做換向切換動(dòng)作，確保了爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)一側(cè)燃燒、另一側(cè)排煙氣。由于換向周期一般為30～ 50 s，年動(dòng)作次數(shù)高達(dá)100 萬(wàn)次以上，因此換向閥的可靠性、耐久性和密封性非常重要。
2 換向閥在應(yīng)用中存在的問(wèn)題
1) 排煙口側(cè)閥板密封圈長(zhǎng)期工作在溫度波動(dòng)大的環(huán)境下，并承受著閥板的周期性沖擊，容易老化甚至損壞。側(cè)閥板密封圈損壞后，不但影響換向閥閉合時(shí)的密封效果，而且閥板與箱體直接接觸也容易使閥板彎曲變形。
2) 組合式密封可以保證換向閥閥桿與箱體間的嚴(yán)密性。換向閥氣缸頻繁動(dòng)作，閥桿與閥板密封圈的摩擦?xí)?dǎo)致密封圈的磨損越來(lái)越嚴(yán)重，當(dāng)密封圈磨損到不能保證換向閥的氣密性時(shí)，煤氣就會(huì)從換向閥處泄漏。
3) 換向閥閥板密封圈損壞到一定程度后，閥板會(huì)與密封圈蓋板直接接觸，導(dǎo)致閥桿震動(dòng)過(guò)大，如果長(zhǎng)時(shí)間得不到處理，閥桿就會(huì)逐漸變形。另外，在調(diào)節(jié)爐壓的操作影響下，當(dāng)排煙溫度低于煙氣露點(diǎn)時(shí)，換向閥等金屬構(gòu)件的腐蝕將加劇，導(dǎo)致閥桿與箱體的摩擦力增大。閥桿與密封圈之間的摩擦力增大后，閥桿動(dòng)作不靈活，經(jīng)常出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，影響該組換向系統(tǒng)正常工作。
4) 在靠近進(jìn)出料側(cè)爐門上方或爐墻密封不嚴(yán)的部位，接近開(kāi)關(guān)受高溫烘烤易損壞，使換向閥開(kāi)關(guān)不到位，最終造成一組或多組換向閥不能正常工作，影響加熱爐爐溫。
5) 換向系統(tǒng)采用壓縮空氣作為動(dòng)力源，換向閥前安裝了三聯(lián)件，管道內(nèi)壁的銹蝕物有時(shí)會(huì)堵住三聯(lián)件或是氣源管路，影響換向系統(tǒng)正常工作。
6) 閥桿與閥板的連接方式在設(shè)計(jì)上存在缺陷，使用一段時(shí)間后部分換向閥出現(xiàn)了排煙溫度異常的現(xiàn)象。打開(kāi)換向閥維修人孔檢查內(nèi)部部件時(shí)，發(fā)現(xiàn)閥桿與閥板脫落。當(dāng)排煙口側(cè)閥板脫落時(shí)，會(huì)一直出現(xiàn)抽煙氣現(xiàn)象，換向時(shí)就會(huì)出現(xiàn)空氣( 煤氣) 流失，支管排煙溫度偏低; 當(dāng)進(jìn)氣口側(cè)閥板脫落時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一直向爐內(nèi)和排煙口供氣的現(xiàn)象，引起空氣( 煤氣) 流失，使供入爐內(nèi)的燃料減少，支管排煙溫度偏高。
新鋼高速棒材生產(chǎn)線換向閥閥板脫落及影響生產(chǎn)時(shí)間情況見(jiàn)表1。
3 換向閥故障判斷
3． 1 排煙溫度過(guò)高
當(dāng)某個(gè)換向閥排煙支管出現(xiàn)溫度過(guò)高時(shí)，很可能是出現(xiàn)了換向閥進(jìn)氣側(cè)閥板脫落。當(dāng)進(jìn)氣側(cè)閥板與閥桿脫離時(shí)，閥板掉落到進(jìn)氣口上某個(gè)位置，供入的氣體大大減少。當(dāng)換向閥處于排煙狀態(tài)時(shí)，一部分的空氣( 煤氣) 從排煙口隨大部分煙氣一起排出爐外; 當(dāng)換向閥處于供氣狀態(tài)時(shí)，只有小部分的氣體被供入爐內(nèi)。由于蓄熱體傳給入爐氣體的熱量遠(yuǎn)低于煙氣傳給蓄熱體的熱量，因此支管的排煙溫度比正常時(shí)要高。
3． 2 排煙溫度過(guò)低
當(dāng)某個(gè)換向閥排煙支管溫度過(guò)低時(shí)，很可能是出現(xiàn)了換向閥排煙側(cè)閥板脫落。當(dāng)排煙側(cè)閥板與閥桿脫離時(shí)，閥板掉落到排煙口上某個(gè)位置，排出的煙氣流量大大減少。當(dāng)換向閥處于供氣狀態(tài)時(shí)，大部分空氣( 煤氣) 進(jìn)入爐內(nèi)，少部分的空氣( 煤氣) 從排煙口排出; 當(dāng)換向閥處于排煙狀態(tài)時(shí)，只有小部分的煙氣被排出爐外。由于蓄熱體傳給入爐氣體的熱量遠(yuǎn)高于煙氣傳給蓄熱體的熱量，所以支管的排煙溫度比正常時(shí)要低。
4 優(yōu)化換向閥
排煙溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，要在停爐時(shí)對(duì)脫落的閥板進(jìn)行處理，并更換密封圈。
為了確保換向閥更好地工作，還進(jìn)行了一系列優(yōu)化工作。
1) 嚴(yán)格執(zhí)行好爐溫制度，調(diào)節(jié)爐壓確保排煙溫度維持在合適范圍，對(duì)個(gè)別排煙溫度超標(biāo)的蓄熱燒嘴，在不影響正常生產(chǎn)的情況下，可暫時(shí)關(guān)閉一組蓄熱燒嘴，避免換向閥的閥板密封件和閥桿進(jìn)一步損壞，并利用計(jì)劃?rùn)z修機(jī)會(huì)處理故障。
2) 當(dāng)用于控制煤氣的換向閥閥桿密封出現(xiàn)損壞時(shí)，煤氣會(huì)外泄，造成現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境惡化，導(dǎo)致存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。平時(shí)工作中，要根據(jù)煤氣換向閥閥桿的密封情況，定期更換密封件。
3) 對(duì)處于高溫烘烤區(qū)域的換向閥，采用耐火纖維毯或硅酸鋁纖維板進(jìn)行防護(hù)處理，在接近開(kāi)關(guān)與箱體間增加隔熱材料，以削弱箱體對(duì)接近開(kāi)關(guān)的熱輻射，延長(zhǎng)接近開(kāi)關(guān)的使用壽命。
4) 針對(duì)安裝初期氣源管路內(nèi)部因銹蝕而存在污物的問(wèn)題，定期更換潔凈的三聯(lián)件，并增設(shè)一路更加干凈的氮?dú)鈿庠醋鳛閮x表氣源，將壓縮空氣作為備用儀表氣源，以減少污物堵塞氣源管路的概率。在氮?dú)夂蛪嚎s空氣這兩種氣源之間設(shè)置切換閥門，以確保一種氣源出現(xiàn)故障時(shí)可以切換到另一路氣源，但在正常使用時(shí)，兩種氣源應(yīng)處于可靠的斷開(kāi)狀態(tài)。
5) 對(duì)換向閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化:將原換向閥球頭與連桿之間的螺紋連接改成螺紋連接加貫穿銷軸固定;在球頭與連桿的連接面處增加約45°的焊接面進(jìn)行強(qiáng)化;將球頭壓板由原來(lái)的10 mm 厚改為20 mm 厚，并將壓板與球頭和連桿的接觸角由原來(lái)的90° 改為45°;將原普通材質(zhì)的6 個(gè)長(zhǎng)度為25 mm 的固定螺桿改為長(zhǎng)44 mm 的不銹鋼螺桿;在6 個(gè)固定螺桿安裝完畢后，將6 個(gè)螺桿用Ф 5． 5 mm 的圓鋼連接，即將換向閥的閥桿與閥板連接螺栓防松裝置形式改為串聯(lián)圓鋼防松法。優(yōu)化前后的換向閥結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2 中( a) ，( b)所示。
5 效果
2016 年2 月利用計(jì)劃?rùn)z修的機(jī)會(huì)對(duì)換向閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)后至今，僅出現(xiàn)了一次空氣換向閥閥板脫落的事故，停機(jī)處理170 min，可見(jiàn)優(yōu)化后的換向閥事故明顯減少，確保了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。