化学水处理系统衬胶隔膜阀故障及其检修维护

化学水处理系统衬胶隔膜阀故障及其检修维护

杨宝军

中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司内蒙古鄂尔多斯市017209

摘要：衬胶隔膜阀广泛用于火力发电厂化学水处理系统中，具有防止介质对阀体腐蚀的作用。火力发电厂化学水处理系统使用着大量不同型号的衬胶隔膜阀，其检修维护已成为当前火电厂化学水处理设备检修工作的一项重要内容。

关键词：化学水处理；衬胶隔膜阀；橡胶隔膜故障；腐蚀性介质；

衬胶隔膜阀广泛用于火力发电厂化学水处理系统中，具有防止介质对阀体腐蚀的作用。通过现状调查和综合分析化学水处理系统衬胶隔膜阀的常见故障，找到了衬胶隔膜阀故障发生的原因，并采取措施进行了有效的检修维护。

一、化学水处理技术

1.系统控制下电厂化学水的处理方法。化学水处理的目的在于去除水内杂质，避免因杂质所带来的热化反应，提升使用效率。（1）预处理。一般电厂所使用的水资源为天然水，通过水质检测可以看到，天然水当中拥有较为丰富的胶体物质和肉眼可见的悬浮物，如果不经过处理进入锅炉，会产生大量泥垢，恶化蒸汽品质。系统设计中，对天然水的处理方法，首先是通过清洁、去除硬度的方法完成预处理。（2）一级除盐，一级除盐是预处理后的重要步骤，在系统当中，主要有离子交换器来完成。由于预处理仅仅是通过化学药剂降低水的硬度，而无法去除水中的盐类物质，因此在系统中，需要利用强酸性的阳离子交换器与强碱性的阴离子交换器交替控制，实现盐类的去除，两个交换器被称为“一级”，因此在系统当中，这一过程被称为一级除盐系统。具体来说，在系统当中，由系统开关引导，水流首先进入到阳离子交换器当中，经过交换器，水中的HC03-转变为游离状态的二氧化碳，进入到除碳器设备当中。系统打开除碳器，进入空气，二氧化碳则向上游离被去除，剩下的水流入到除碳器下方的中间水池之中，经过中间水泵，进入到阴离子交换器内部。通过阴离子交换器的交换，完成除盐。（3）二级除盐，二级除盐是阴离子交换器出水进入混床来进一步提高水的纯度。所谓混床，就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中，所以可以看成是由无数阴、阳交换树脂交错排列的多级复式床。它有出水水质优良，出水pH值接近中性，出水水质稳定等优点。

2.分散控制系统结构。（1）硬件分层。为了能够使系统预处理和系统一、二级除盐处理相互配合，精准完成化学水处理，在供职的电厂内，进行了DCS网络设计。在硬件设计层面，基于DCS，构建了过程控制、控制管理和生产管理三个级别。其中，过程控制主要利用I／O模块来与现场总线构成网络，完成对系统设备的链接，控制管理级别则利用PLC与监控终端相连接，通过屏幕显示的方式，展现控制管理过程，形成上机位监控。生产管理级别，则由工业局域网、计算机、服务器等硬件设备，与上机位监控终端链接，控制人员通过调阅现场信息的方式来进行管理。利用分层设计的硬件规划，保证了控制系统的高效运行。

2.软件结构。在DCS分层控制的系统当中，软件设计需要根据具体的控制方式和控制对象进行详细的划分。在电厂中，化学水处理系统的控制对象主要由服务员、操作员和工程师三个方面。其中工程师端需要进行工程师站组态，其中包含画面组态、算法组态和数据库组态，通过组态模式，对操作员端和服务员端进行控制。而操作员和服务员通过对组态的下载，来进行现场控制站的管理，形成实时的数据库和控制算法，再由I／O模块进行接口的驱动，完成相关设备的运行。

3.系统控制方法。（1）过滤器控制。过滤器是化学预处理中降低硬度的方法，电厂所采用的设备为单流式过滤器，水流经过上部水阀进入到过滤器内，通过过滤器中的过滤，再由下部排除。在过滤器中，一旦出水浑浊度超过规定，则需要反复清洗。而在清洗当中，则主要通过水反洗和压缩空气气压至0．6MPa气来进行吹洗，主要需要完成控制的内容为混合冲洗、吹洗的启动和时间控制。在系统当中，首先由上机位通过现场总线获取备用位的状态信息，判断其是否处于备用状态，再按照要求进行机位阀门的开关启动，通过设置反冲洗状态点来对当前状态进行记录，最终通过状态点组合的方式，判断出水的浑浊度是否符合标准要求。（2）除盐控制。系统中一级除盐的控制方法主要为单元制和母管制两种，适用于不同的连接方式。其中，系统在正常运行时，某套设备出现失灵，需要迅速启动备用设备，此时需要运用单元制控制，在系统中，通过对阴床出水的二氧化硅含量的检测，既可以完成对设备状态的判断；而母管制则是在某设备失效时，通过设备停止、设备再生等方式进行重新启动，保障运行。因此无论哪种方式，在一级除盐系统当中，都需要具备两套完备的系统，其中一套系统需要开启，而另一套系统则处于备用状态，用以保证设备的完整、流畅运行。

二、衬胶隔膜阀故障原因分析

1.衬胶隔膜阀故障情况调查。对某电厂化学水处理系统800多只衬胶隔膜阀故障情况进行了调查统计。隔膜阀平均每年的故障次数达到89次，其中由于橡胶隔膜损坏而导致的阀门故障达68次，占阀门总故障的76%，其他原因造成的阀门故障平均每年只有21次。衬胶隔膜阀组成部分如前所述，其任何一个组成部件出现故障，都会导致整个隔膜阀失效。对电厂化学水处理系统衬胶隔膜阀所有组成部件经常发生的故障及其形成原因进行了归纳分析，见表1。

表1隔膜阀部件故障原因

三、衬胶隔膜阀结构及其工作原理

衬胶隔膜阀是一种特殊形式的截断阀，它的启闭件是一块用橡胶制成的隔膜，隔膜把阀体内腔与阀盖内腔及驱动部件隔开，使位于隔膜上方的阀杆、阀瓣等零件不受介质腐蚀，既省去了填料密封结构，又不会产生介质外漏。阀门打开时，介质从阀座衬胶和隔膜之间通过；阀门关闭时，阀瓣向下挤压阀瓣上的隔膜，使隔膜与阀座衬胶层紧密结合，将管道内的介质截断。典型的衬胶隔膜阀由衬胶阀座、橡胶隔膜、阀瓣、阀盖、阀杆、手轮等部分组成如图1所示。

图1典型衬胶隔膜阀

四、衬胶隔膜阀故障消除措施

通过对电厂化学水处理系统衬胶隔膜阀故障进行现状调查和原因分析，发现容易发生故障的部件是橡胶隔膜，同时也找到了其余部件发生故障的原因。为此，有针对性地制订了消除衬胶隔膜阀故障的措施。

1.检查库存阀门质量。一些阀门并非在运行中损坏，而是出厂时就带有缺陷。对电厂所有尚未使用的库存衬胶隔膜阀进行了检查，对存在缺陷的衬胶隔膜阀进行了处理：（1）将所有的阀门手轮销更换为10×12的圆钢；（2）型号为EG46J-10-150的阀门，其阀杆均长出11mm，对其进行截除处理；（3）1只型号为EG46J-10-250和1只型号为EG46J-10-80的阀门，其橡胶隔膜上有凸起，进行了更换处理；（4）1只型号为EG46J-10-100阀门阀，其瓣表面不光洁，进行了打磨处理。

2.消除现场运行阀门缺陷。通过分析电厂化学水处理系统阀门现场使用情况，发现EG46J-10-200，EG46J-10-250，EG46J-10-503种型号的阀门发生故障的次数最多。这3种阀门主要用在水处理各级过滤器的进、出水管道上，现场操作频繁，容易出现故障。因此，对过滤器进/出水阀等共72只阀门进行了抽查，并完成了阀杆截除、手轮销更换、阀座内石英砂、活性炭等杂质清理，对磨损的阀瓣、阀座衬胶、橡胶隔膜进行打磨更换等维修处理。

3.改进橡胶隔膜的成分和加工工艺。从故障调查情况可知，衬胶隔膜阀橡胶隔膜故障占阀门总故障的76%。因此，消除橡胶隔膜的故障，是减少整个衬胶隔膜阀故障的根本所在。衬胶隔膜阀橡胶隔膜主要由天然橡胶、耐磨碳黑、硫磺等基材和硫酸钡、硫化锌、氧化锌等化学添加剂组成。隔膜成品前在高温高压釜内硫化，改变橡胶物理-化学性能是其关键工艺。根据电厂隔膜阀损坏情况及其运行的介质环境要求，阀门生产厂家对化学水处理系统的橡胶隔膜成分及其制造工艺进行了针对性的调整改进。通过橡胶隔膜成分及其加工工艺的改进，其性能也发生了明显的改进。从阀门制造厂家得到的性能数据如表2所示。

表2衬胶隔膜阀橡胶隔膜改进前后性能对照

4.改善衬胶隔膜阀所在的介质环境。衬胶隔膜阀所在的介质环境对阀门影响很大。某电厂化学水处理系统隔膜阀所在的介质中含有少量的石英砂、淤泥等杂质，这些杂质来自于机械过滤器滤料（石英砂）。在长期运行中，这些杂质进入阀体并逐渐积累，对阀座衬胶、隔膜、阀瓣造成直接磨损。因此，对机械过滤器和石英砂过滤器滤料及其配水装置进行了检查处理，彻底消除了介质中滤料杂质的存在。机械过滤器的检查处理：（1）对机械过滤器部分石英砂滤料进行筛分，剔除破碎不合格的石英砂，并对缺失的石英砂进行添补。（2）对机械过滤器出水配水装置增加滤网，对破碎的石英砂进行拦截。

5.总之，通过某电厂化学水处理系统衬胶隔膜阀故障发生的成因及所采取的消除措施，具有典型性和代表性，可借鉴到火电厂其他腐蚀性介质系统衬胶隔膜阀的检修维护中，如凝结水精处理系统、烟气脱硫系统、烟气脱硝系统等。衬胶隔膜阀价格昂贵，小型号隔膜阀上千元，大型号隔膜阀上万元。一般火电厂都使用着数千只衬胶隔膜阀，采取正确的检修维护方法，可为火电企业节约数量可观的设备维修费用。同时，隔膜阀故障率下降，也减少了由于隔膜阀缺陷而导致的环境污染和人体伤害，保障了火电厂的安全生产。

参考文献：

[1]黄玉华．电厂化学水处理中全膜分离技术的应用分析．2017.

[2]董艳红．浅谈化学水处理系统衬胶隔膜阀故障及其检修维护.2017.