廖達清，馬文彬

( 新余鋼鐵集團有限公司，江西新余338001)

摘要: 針對新鋼高速棒材生產線雙蓄熱式加熱爐換向閥在使用中出現的側閥板密封圈損壞、換向閥閥桿與箱體間漏煤氣、閥桿變形卡死、換向閥開關不到位、管道內壁的銹蝕物堵塞三聯件或是氣源管路以及閥桿與閥板的連接方式在設計上存在缺陷等問題，采取了嚴格控制爐溫、定期更換閥桿密封圈、增加隔熱材料及優化換向閥結構等措施，減少了換向閥的故障率，提高了換向閥的安全運行可靠性。

關鍵詞: 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線雙蓄熱式加熱爐的核心設備，其運行狀態的好壞直接影響到加熱爐的安全運行及高棒生產的正常進行。新鋼高速棒材生產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，并采用氣動雙氣缸的二位三通換向閥控制換向的分段集中換向系統。換向閥分5段，共有10 對20 個閥，每對換向閥控制一段煤氣( 空氣) 蓄熱燒嘴供氣或排煙。

1 換向燃燒系統工作原理

加熱爐采用兩側上下加熱方式，空氣( 煤氣) 蓄熱燒嘴左右配對組合。各段煤氣或空氣蓄熱燒嘴的換向控制由兩臺雙氣缸的二位三通換向閥控制，每臺換向閥均由換向閥本體、控制系統及氣動氣源組成，電磁閥控制換向閥進氣和排氣的啟閉動作，兩只接近開關控制閥桿上下定位。二位三通換向閥結構見圖1。

自動換向時要遵守先關后開的原則，換向閥在換向過程中起切斷作用，避免了煤氣( 空氣) 短路的可能。向加熱爐內送煤氣或空氣時，加熱爐各段一側的氣缸起氣源通過的作用，氣缸先帶動閥桿、閥板將排煙口封閉后，再打開進氣口，使煤氣或空氣通過換向閥的出氣口而進入爐膛進行燃燒; 各段另一側的換向閥同時將進氣口封閉，排煙口打開，通過煤氣( 空氣) 引風機將爐膛內的煙氣依次經過蓄熱燒嘴、沿線管路、引風機、煙囪而排出爐外。兩側換向閥根據設定時間不斷做換向切換動作，確保了爐內實現一側燃燒、另一側排煙氣。由于換向周期一般為30～ 50 s，年動作次數高達100 萬次以上，因此換向閥的可靠性、耐久性和密封性非常重要。

2 換向閥在應用中存在的問題

1) 排煙口側閥板密封圈長期工作在溫度波動大的環境下，并承受著閥板的周期性沖擊，容易老化甚至損壞。側閥板密封圈損壞后，不但影響換向閥閉合時的密封效果，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密性。換向閥氣缸頻繁動作，閥桿與閥板密封圈的摩擦會導致密封圈的磨損越來越嚴重，當密封圈磨損到不能保證換向閥的氣密性時，煤氣就會從換向閥處泄漏。

3) 換向閥閥板密封圈損壞到一定程度后，閥板會與密封圈蓋板直接接觸，導致閥桿震動過大，如果長時間得不到處理，閥桿就會逐漸變形。另外，在調節爐壓的操作影響下，當排煙溫度低于煙氣露點時，換向閥等金屬構件的腐蝕將加劇，導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，閥桿動作不靈活，經常出現卡死現象，影響該組換向系統正常工作。

4) 在靠近進出料側爐門上方或爐墻密封不嚴的部位，接近開關受高溫烘烤易損壞，使換向閥開關不到位，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) 換向系統采用壓縮空氣作為動力源，換向閥前安裝了三聯件，管道內壁的銹蝕物有時會堵住三聯件或是氣源管路，影響換向系統正常工作。

6) 閥桿與閥板的連接方式在設計上存在缺陷，使用一段時間后部分換向閥出現了排煙溫度異常的現象。打開換向閥維修人孔檢查內部部件時，發現閥桿與閥板脫落。當排煙口側閥板脫落時，會一直出現抽煙氣現象，換向時就會出現空氣( 煤氣) 流失，支管排煙溫度偏低; 當進氣口側閥板脫落時，會出現一直向爐內和排煙口供氣的現象，引起空氣( 煤氣) 流失，使供入爐內的燃料減少，支管排煙溫度偏高。

新鋼高速棒材生產線換向閥閥板脫落及影響生產時間情況見表1。

3 換向閥故障判斷

3． 1 排煙溫度過高

當某個換向閥排煙支管出現溫度過高時，很可能是出現了換向閥進氣側閥板脫落。當進氣側閥板與閥桿脫離時，閥板掉落到進氣口上某個位置，供入的氣體大大減少。當換向閥處于排煙狀態時，一部分的空氣( 煤氣) 從排煙口隨大部分煙氣一起排出爐外; 當換向閥處于供氣狀態時，只有小部分的氣體被供入爐內。由于蓄熱體傳給入爐氣體的熱量遠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要高。

3． 2 排煙溫度過低

當某個換向閥排煙支管溫度過低時，很可能是出現了換向閥排煙側閥板脫落。當排煙側閥板與閥桿脫離時，閥板掉落到排煙口上某個位置，排出的煙氣流量大大減少。當換向閥處于供氣狀態時，大部分空氣( 煤氣) 進入爐內，少部分的空氣( 煤氣) 從排煙口排出; 當換向閥處于排煙狀態時，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要低。

4 優化換向閥

排煙溫度過高或過低時，要在停爐時對脫落的閥板進行處理，并更換密封圈。

為了確保換向閥更好地工作，還進行了一系列優化工作。

1) 嚴格執行好爐溫制度，調節爐壓確保排煙溫度維持在合適范圍，對個別排煙溫度超標的蓄熱燒嘴，在不影響正常生產的情況下，可暫時關閉一組蓄熱燒嘴，避免換向閥的閥板密封件和閥桿進一步損壞，并利用計劃檢修機會處理故障。

2) 當用于控制煤氣的換向閥閥桿密封出現損壞時，煤氣會外泄，造成現場操作環境惡化，導致存在一定的安全風險。平時工作中，要根據煤氣換向閥閥桿的密封情況，定期更換密封件。

3) 對處于高溫烘烤區域的換向閥，采用耐火纖維毯或硅酸鋁纖維板進行防護處理，在接近開關與箱體間增加隔熱材料，以削弱箱體對接近開關的熱輻射，延長接近開關的使用壽命。

4) 針對安裝初期氣源管路內部因銹蝕而存在污物的問題，定期更換潔凈的三聯件，并增設一路更加干凈的氮氣氣源作為儀表氣源，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。在氮氣和壓縮空氣這兩種氣源之間設置切換閥門，以確保一種氣源出現故障時可以切換到另一路氣源，但在正常使用時，兩種氣源應處于可靠的斷開狀態。

5) 對換向閥的結構進行了優化: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°的焊接面進行強化;將球頭壓板由原來的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的90° 改為45°;將原普通材質的6 個長度為25 mm 的固定螺桿改為長44 mm 的不銹鋼螺桿;在6 個固定螺桿安裝完畢后，將6 個螺桿用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圓鋼防松法。優化前后的換向閥結構圖見圖2 中( a) ，( b)所示。

5 效果

2016 年2 月利用計劃檢修的機會對換向閥結構改進后至今，僅出現了一次空氣換向閥閥板脫落的事故，停機處理170 min，可見優化后的換向閥事故明顯減少，確保了生產的正常進行。