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双蓄热式加热炉换向阀应用优化
廖达清，马文彬
(新余钢铁集团有限公司，江西新余)
摘要:针对新钢高速棒材生产线双蓄热式加热炉换向阀在使用中出现的侧阀板密封圈损坏、换向阀阀杆与箱体间漏煤气、阀杆变形卡死、换向阀开关不到位、管道内壁的锈蚀物堵塞三联件或是气源管路以及阀杆与阀板的连接方式在设计上存在缺陷等问题，采取了严格控制炉温、定期更换阀杆密封圈、增加隔热材料及优化换向阀结构等措施，减少了换向阀的故障率，提高了换向阀的安全运行可靠性。
关键词:双蓄热式加热炉;换向阀;密封
来源：江西冶金
0前言
换向阀是新钢高速棒材生产线双蓄热式加热炉的核心设备，其运行状态的好坏直接影响到加热炉的安全运行及高棒生产的正常进行。新钢高速棒材生产线加热炉采用以蜂窝体为蓄热体的空气、煤气双蓄热燃烧技术，并采用气动双气缸的二位三通换向阀控制换向的分段集中换向系统。换向阀分5段，共有10对20个阀，每对换向阀控制一段煤气(空气)蓄热烧嘴供气或排烟。
1换向燃烧系统工作原理
加热炉采用两侧上下加热方式，空气(煤气)蓄热烧嘴左右配对组合。各段煤气或空气蓄热烧嘴的换向控制由两台双气缸的二位三通换向阀控制，每台换向阀均由换向阀本体、控制系统及气动气源组成，电磁阀控制换向阀进气和排气的启闭动作，两只接近开关控制阀杆上下定位。二位三通换向阀结构见图1。
自动换向时要遵守先关后开的原则，换向阀在换向过程中起切断作用，避免了煤气(空气)短路的可能。向加热炉内送煤气或空气时，加热炉各段一侧的气缸起气源通过的作用，气缸先带动阀杆、阀板将排烟口封闭后，再打开进气口，使煤气或空气通过换向阀的出气口而进入炉膛进行燃烧;各段另一侧的换向阀同时将进气口封闭，排烟口打开，通过煤气(空气)引风机将炉膛内的烟气依次经过蓄热烧嘴、沿线管路、引风机、烟囱而排出炉外。两侧换向阀根据设定时间不断做换向切换动作，确保了炉内实现一侧燃烧、另一侧排烟气。由于换向周期一般为30～50s，年动作次数高达万次以上，因此换向阀的可靠性、耐久性和密封性非常重要。
2换向阀在应用中存在的问题
1)排烟口侧阀板密封圈长期工作在温度波动大的环境下，并承受着阀板的周期性冲击，容易老化甚至损坏。侧阀板密封圈损坏后，不但影响换向阀闭合时的密封效果，而且阀板与箱体直接接触也容易使阀板弯曲变形。
2)组合式密封可以保证换向阀阀杆与箱体间的严密性。换向阀气缸频繁动作，阀杆与阀板密封圈的摩擦会导致密封圈的磨损越来越严重，当密封圈磨损到不能保证换向阀的气密性时，煤气就会从换向阀处泄漏。
3)换向阀阀板密封圈损坏到一定程度后，阀板会与密封圈盖板直接接触，导致阀杆震动过大，如果长时间得不到处理，阀杆就会逐渐变形。另外，在调节炉压的操作影响下，当排烟温度低于烟气露点时，换向阀等金属构件的腐蚀将加剧，导致阀杆与箱体的摩擦力增大。阀杆与密封圈之间的摩擦力增大后，阀杆动作不灵活，经常出现卡死现象，影响该组换向系统正常工作。
4)在靠近进出料侧炉门上方或炉墙密封不严的部位，接近开关受高温烘烤易损坏，使换向阀开关不到位，最终造成一组或多组换向阀不能正常工作，影响加热炉炉温。
5)换向系统采用压缩空气作为动力源，换向阀前安装了三联件，管道内壁的锈蚀物有时会堵住三联件或是气源管路，影响换向系统正常工作。
6)阀杆与阀板的连接方式在设计上存在缺陷，使用一段时间后部分换向阀出现了排烟温度异常的现象。打开换向阀维修人孔检查内部部件时，发现阀杆与阀板脱落。当排烟口侧阀板脱落时，会一直出现抽烟气现象，换向时就会出现空气(煤气)流失，支管排烟温度偏低;当进气口侧阀板脱落时，会出现一直向炉内和排烟口供气的现象，引起空气(煤气)流失，使供入炉内的燃料减少，支管排烟温度偏高。
新钢高速棒材生产线换向阀阀板脱落及影响生产时间情况见表1。
3换向阀故障判断
3．1排烟温度过高
当某个换向阀排烟支管出现温度过高时，很可能是出现了换向阀进气侧阀板脱落。当进气侧阀板与阀杆脱离时，阀板掉落到进气口上某个位置，供入的气体大大减少。当换向阀处于排烟状态时，一部分的空气(煤气)从排烟口随大部分烟气一起排出炉外;当换向阀处于供气状态时，只有小部分的气体被供入炉内。由于蓄热体传给入炉气体的热量远低于烟气传给蓄热体的热量，因此支管的排烟温度比正常时要高。
3．2排烟温度过低
当某个换向阀排烟支管温度过低时，很可能是出现了换向阀排烟侧阀板脱落。当排烟侧阀板与阀杆脱离时，阀板掉落到排烟口上某个位置，排出的烟气流量大大减少。当换向阀处于供气状态时，大部分空气(煤气)进入炉内，少部分的空气(煤气)从排烟口排出;当换向阀处于排烟状态时，只有小部分的烟气被排出炉外。由于蓄热体传给入炉气体的热量远高于烟气传给蓄热体的热量，所以支管的排烟温度比正常时要低。
4优化换向阀
排烟温度过高或过低时，要在停炉时对脱落的阀板进行处理，并更换密封圈。
为了确保换向阀更好地工作，还进行了一系列优化工作。
1)严格执行好炉温制度，调节炉压确保排烟温度维持在合适范围，对个别排烟温度超标的蓄热烧嘴，在不影响正常生产的情况下，可暂时关闭一组蓄热烧嘴，避免换向阀的阀板密封件和阀杆进一步损坏，并利用计划检修机会处理故障。
2)当用于控制煤气的换向阀阀杆密封出现损坏时，煤气会外泄，造成现场操作环境恶化，导致存在一定的安全风险。平时工作中，要根据煤气换向阀阀杆的密封情况，定期更换密封件。
3)对处于高温烘烤区域的换向阀，采用耐火纤维毯或硅酸铝纤维板进行防护处理，在接近开关与箱体间增加隔热材料，以削弱箱体对接近开关的热辐射，延长接近开关的使用寿命。
4)针对安装初期气源管路内部因锈蚀而存在污物的问题，定期更换洁净的三联件，并增设一路更加干净的氮气气源作为仪表气源，将压缩空气作为备用仪表气源，以减少污物堵塞气源管路的概率。在氮气和压缩空气这两种气源之间设置切换阀门，以确保一种气源出现故障时可以切换到另一路气源，但在正常使用时，两种气源应处于可靠的断开状态。
5)对换向阀的结构进行了优化:将原换向阀球头与连杆之间的螺纹连接改成螺纹连接加贯穿销轴固定;在球头与连杆的连接面处增加约45°的焊接面进行强化;将球头压板由原来的10mm厚改为20mm厚，并将压板与球头和连杆的接触角由原来的90°改为45°;将原普通材质的6个长度为25mm的固定螺杆改为长44mm的不锈钢螺杆;在6个固定螺杆安装完毕后，将6个螺杆用Ф5．5mm的圆钢连接，即将换向阀的阀杆与阀板连接螺栓防松装置形式改为串联圆钢防松法。优化前后的换向阀结构图见图2中(a)，(b)所示。
5效果
年2月利用计划检修的机会对换向阀结构改进后至今，仅出现了一次空气换向阀阀板脱落的事故，停机处理min，可见优化后的换向阀事故明显减少，确保了生产的正常进行。
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