幹煤粉加壓氣化潔淨技術，是荷蘭殼牌公司於1972年著手開發，1993年實現工業化生產的一種先進煤氣化技術，該技術具有煤種適應範圍廣，煤氣化效率高，運行週期長，單爐生產能力大，環境汙染小等優點。目前國內已有二十多家企業採用該技術，分別生產氫氣、合成氨和甲醇等。 鎖鬥閥是殼牌煤氣化裝置中關鍵的儀表控制閥，採用雙閥串聯控制。鎖鬥閥主要有用於U1200單元輸送煤粉的煤鎖鬥閥，用於U1400單元排渣的渣鎖鬥閥，用於U1500單元輸灰的灰鎖鬥閥，見圖1。在殼牌煤氣化裝置中若鎖鬥閥出現故障，煤粉輸不到氣化爐中，或氣化爐的渣和S1501、S1511分離出的灰不能及時排出，就會造成裝置不能正常運行，甚至裝置停車。所以，鎖鬥閥的正常開關是裝置平安、穩定運行的保障。
圖1 鎖鬥閥分佈
1 鎖鬥閥結構簡介
在國內眾多采用殼牌煤氣化技術的企業中，由於在建設初期，國內沒有殼牌認證指定的鎖鬥閥供貨商，所以，鎖鬥閥全部是採用進口的閥門。國外經過殼牌認證指定的供貨商也只有兩家，為EagleBurgmann和Argus/Fiowserve（簡稱EB和Argus），國內所有殼牌煤氣化裝置中的鎖鬥閥都是這兩家的產品。 鎖鬥閥的結構實際上是一種開關球閥，有固定球球閥和浮動球球閥兩種，固定球閥為EB生產，浮動球閥為Argus生產，見圖2圖3，其區別在於固定球閥閥球下有支撐軸，而浮動球閥沒有。按密封形式分有軟密封和金屬密封（硬密封），鎖鬥閥採用的是金屬密封球閥。由於考慮固體物料的沖刷、磨損問題，閥球閥座表面都採取超音速噴塗了硬質合金材料，作了硬化處理。鎖鬥閥的洩漏等級為ClassⅥ級，鎖鬥閥的關閉壓差為0.3～0.4MPa。鎖鬥閥的材質見表1。
表1 鎖鬥閥材質
圖2 固定球鎖鬥閥
圖3 浮動球鎖鬥閥
雲南天安化工有限公司選用的鎖鬥閥為Ar-gus的產品，主要是浮動球閥，有以下的結構設計特點： a.採用全通徑、防火和防靜電設計。通道圓整平滑，流道通暢，儘可能保證介質不積沉，同時進口通道表面增加保護層，耐沖刷。 b.閥杆採用防塵、防脫出結構設計，並且結構設計確保閥杆只承受閥門啟閉扭矩，閥門採用了浮動球設計，介質的推力由支承座承擔，使閥杆的受力情況大大改善，確保閥杆能夠長期可靠地工作。 c.採用雙閥座雙向密封設計，進口端閥座出口端閥門可同時密封，確保了閥門的密封性能。前端閥座採用閥前密封形式，後端閥座採用閥後密封形式，即使前端閥座密封失效，後端閥座仍能有效保持密封，也儘可能地減小了高壓力流體對密封表面形成的高密封比壓，降低了閥門的操作扭矩。 d.閥座密封面兩側採用刮刀式結構設計，使球體及閥座在開關過程具有自清潔功能，有效防止球體和閥座間煤粉的積沉和粘附，確保閥門動作順暢連續，不卡阻。 f.具有中腔自動卸壓功能結構設計，當閥門關閉後，閥腔內壓力高於關閉壓力時，能自動卸壓至壓力低的一側，防止了中腔的異常升壓，保證了閥門正常啟閉。
2 鎖鬥閥出現故障、原因及解決方法
2.1 雙閥開啟困難的故障 故障現象：在裝置調試開車初期，常常出現雙閥控制的鎖鬥閥開啟困難，不能正常動作，影響了開車的順利進行。 原因分析：裝置中採用雙閥控制的目的在於確保閥門關得更嚴起到有效隔離的作用。出於設備安全的考慮，設計雙閥的開啟條件是閥前後壓差≤0.35MPa，閥門廠家按此設計關閉壓差選擇執行機構。雙閥的連接安裝，閥與閥之間存在一定的空腔，在雙閥關閉後空腔內會憋壓，當空腔內的壓力與兩設備V1204、V1205內壓力的壓差大於0.35MPa時閥門就出現不能正常開關。解決方法：利用閥體上原有的吹掃口，在上閥閥體上的吹掃口上配一根1/2″管子連接到V1205設備上，把閥空腔內的壓力與V1205壓力平衡掉，閥門就能正常開關動作，見圖4。
圖4 改進的配管圖
2.2 閥杆抱死故障
故障現象：在裝置正常生產過程中，鎖鬥閥運行一定的週期後，閥門會出現打不開或關不了的現象，檢查執行機構一切均正常，但閥門就是開關不了，特別是U1500單元的輸灰鎖鬥閥最容易出現這一現象，U1200單元的鎖鬥閥要少一些，U1400單元的排渣鎖鬥閥少見。 原因分析：從閥杆的密封結構上來分析，見圖5。閥杆的密封有上下密封，上下密封之間閥杆與軸套有一間隙腔，上密封為防介質外洩，下密封為防塵環，防止灰塵進入間隙腔。閥杆抱死的原因是下密封防塵環不能擔住極細微的灰或煤粉，灰或煤粉進入了閥杆與軸套的間隙腔，一定的運行週期後，灰或煤粉受潮硬化抱死閥杆，導致閥門不能正常開關。U1500單元常出現的原因是，合成氣中分離出的灰類似於低標號的水泥，受潮後更容易硬化抱死閥杆。
圖5 閥杆結構圖
解決方法：在軸套中部開一個3～4mm的通孔，在外表面開一個1/4NPT的沉孔，通入氮氣，使軸套間隙腔內壓力大於閥體內壓力，氮氣向閥體內流動，防止灰或煤粉進入軸套內，解決了閥杆抱死的問題。見圖6。
圖6 改進後閥杆
2.3 閥體沖刷、磨損的故障 故障現象：在鎖鬥閥運行過程中，發生最嚴重的故障為閥體沖刷磨損，介質外洩。這一故障主要發生在U1200單元的煤粉鎖鬥閥中，嚴重威脅裝置的正常運行，見圖7。
圖7 閥體沖刷磨損示例
原因分析：一是閥門在高壓狀態下開關的過程中，煤粉進入了閥腔內和附著在閥球表面，增大了閥球旋轉的摩擦力；二是煤粉進入了軸套內，也會增大閥杆旋轉的摩擦力。這兩個原因導致氣缸的推力不夠，造成閥門開關不到位，煤粉進入閥腔形成高速煤粉紊流態，沖刷磨損閥體。解決方法：隨時檢查閥的開關動作情況，發現閥門開關變慢或不到位，就要及時更換閥門。 同時，採取了加大氣缸推力的措施，對於原有的閥門，提高氣缸的氣源壓力以加大氣缸推力；對於新採購的閥門，提高關閉壓差和氣缸放大倍數以加大氣缸推力（關閉壓差從0.35MPa提到0.6MPa，放大倍數從1.25提到1.75倍）。
2.4 閥球、閥座密封面損壞故障 故障現象：閥門在運行一段時間後，產生了內漏現象，拆檢閥門發現密封面嚴重損壞，見圖8。 原因分析：閥球與閥座在開關過程中，煤粉顆粒會卡塞在閥球與閥座的密封面間，形成洩漏通道，導致密封面失效，洩漏進一步發展，在閥球上部的低壓帶形成高速煤粉紊流態沖刷磨損密封面。
圖8 閥球沖刷示例
解決方法：隨時檢查閥門是否有內漏形成（有內漏的話，明顯有介質的流動聲音），如果有的話，及時更換閥門。另外，要新安裝在線運行的閥門前，一定要做洩漏試驗，如有洩漏，一定不能用於在線運行。
3 國產鎖鬥閥的應用
隨著殼牌煤氣化技術的引進，國內有多家閥門廠家研發生產了適合殼牌煤氣化裝置使用的鎖鬥閥，並且在國內多個殼牌煤氣化裝置的企業中應用，從使用的效果來看都還不錯。雲南天安化工有限公司於2009年8月開始試用上海開維喜生產的鎖鬥閥，有幾個閥門投用到現在已有兩年多了，還未出現問題，開關動作靈活正常，從運行週期上來看還要比進口閥長，說明性能還要優於進口閥。國產鎖鬥閥的應用成功，大大降低了企業的維護費用，因為國產鎖鬥閥價格要比進口閥便宜很多，僅為進口閥價格1/3多一點。國產鎖鬥閥的結構是固定球閥，製造商是上海開維喜和上海宏盛，目前這兩家企業已經獲得了殼牌的認證，成為了合格的供貨商，大大加快了國產鎖鬥閥廣泛應用的進程。
4 結束語
在實際運用過程中，鎖鬥閥會出現比較多的問題，解決這些問題，是保證裝置穩定運行的關鍵。在生產過程中結合工藝條件進行分析，認真瞭解和掌握鎖鬥閥結構、特點。掌握鎖鬥閥常見的故障診斷和解決方法；合理採購鎖鬥閥的備件；定期對閥腔內部進行吹掃；在日常巡檢中關注真實閥位和開關速度。