“國(guó)產(chǎn)化改造后，合成氨裝置轉(zhuǎn)化氣余熱回收器中心管旁通閥已在900至990攝氏度的極端高溫工況下穩(wěn)定運(yùn)行超4個(gè)月。”8月6日，寧夏石化機(jī)動(dòng)設(shè)備部管理人員馮梓良高興地告訴記者。今年以來(lái)，寧夏石化關(guān)鍵設(shè)備——合成氨裝置轉(zhuǎn)化氣余熱回收器中心管旁通閥成功完成國(guó)產(chǎn)化改造，實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破，徹底打破國(guó)外技術(shù)壟斷，結(jié)束了長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面。
作為年產(chǎn)45萬(wàn)噸合成氨、80萬(wàn)噸尿素的大型氮肥裝置的核心設(shè)備，合成氨裝置轉(zhuǎn)化氣余熱回收器中心管旁通閥承擔(dān)著調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化氣余熱回收器出口溫度的關(guān)鍵任務(wù)。其工作環(huán)境極端惡劣，直接接觸近1000攝氏度高溫的工藝氣體，并承受3.97兆帕的高壓。此前，該閥門(mén)一直依賴于德國(guó)進(jìn)口。然而，這款“洋閥門(mén)”在運(yùn)行過(guò)程中卻頻繁出現(xiàn)故障。2023年10月，由于閥頭變形和閥桿斷裂等問(wèn)題，導(dǎo)致裝置被迫停工12天，造成合成氨減產(chǎn)1.8萬(wàn)噸，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)500萬(wàn)元。更令人無(wú)奈的是，進(jìn)口備件的采購(gòu)周期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，單套成本高達(dá)150萬(wàn)元，維修費(fèi)用每次約50萬(wàn)元。這些成為制約裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題。
面對(duì)挑戰(zhàn)，寧夏石化組建專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)，與天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院、吳忠儀表等國(guó)內(nèi)科研院所和企業(yè)聯(lián)合組建攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，對(duì)該閥門(mén)展開(kāi)全方位技術(shù)攻關(guān)。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)拆解分析進(jìn)口閥門(mén)的故障機(jī)理，發(fā)現(xiàn)其使用的合金在高溫環(huán)境下存在硬度降低和熱膨脹量增大的問(wèn)題。此外，還存在采用水平安裝方式導(dǎo)致應(yīng)力集中，以及頻繁自動(dòng)調(diào)節(jié)加劇磨損等設(shè)計(jì)問(wèn)題，這些都是引發(fā)故障的關(guān)鍵因素。
針對(duì)上述挑戰(zhàn)，國(guó)產(chǎn)化改造采取了一系列措施：在材料選擇上，使用國(guó)產(chǎn)鎳基高溫合金H06601替代進(jìn)口材料。經(jīng)過(guò)1100攝氏度條件下，連續(xù)24小時(shí)高溫測(cè)試，閥體和閥桿的形變量?jī)H為0.8毫米、13毫米，低于允許值56%，成功解決了高溫穩(wěn)定性的問(wèn)題。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用球面閥頭和自找正密封設(shè)計(jì)，通過(guò)弧面配合抵消熱膨脹應(yīng)力，將導(dǎo)流支撐圈改為孔罩結(jié)構(gòu)以減輕重量，并預(yù)留6毫米間隙以避免卡澀。在控制邏輯上，攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)將閥門(mén)頻繁自動(dòng)調(diào)節(jié)改為按工藝溫度手動(dòng)調(diào)節(jié)，減少部件高頻損耗。同時(shí)，在制造環(huán)節(jié)建立“材料復(fù)驗(yàn)—加工監(jiān)控—高溫試車”三級(jí)質(zhì)控體系，通過(guò)五軸加工實(shí)現(xiàn)零部件一體化成型，確保產(chǎn)品的可靠性。
經(jīng)過(guò)一系列國(guó)產(chǎn)化改造，攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)取得了顯著成果。單套閥門(mén)的總成本下降了95萬(wàn)元，較進(jìn)口閥門(mén)價(jià)格降低了63%。備件供應(yīng)周期也從6個(gè)月縮短至15天以內(nèi)，維修響應(yīng)速度提升了90%，并且自運(yùn)行以來(lái)未出現(xiàn)卡澀、斷裂等故障，顯著增強(qiáng)了設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行保障能力。
“這不僅是閥門(mén)領(lǐng)域的一次重大突破，更是一套高溫閥門(mén)國(guó)產(chǎn)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確立。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人馮梓良說(shuō)道。此次改造成功攻克了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題，包括鎳基高溫合金的應(yīng)用以及熱膨脹補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等，形成了一套可復(fù)制的國(guó)產(chǎn)化解決方案，為高端裝備制造業(yè)的自主化發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。
