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粉煤气化特殊阀门选型

摘 要: 我国是一个“贫油、少气、富煤”的国家,煤气化技术是实现煤炭清洁高效利用的重要手段。粉煤加压气化技术是目前业内认可较为成熟的技术,具有生产能力大、气化效率高的特点。然而由于其工艺介质的特点,其中所应用的特殊阀门磨损严重,使用周期短,导致装置频繁停车,造成了巨大的经济损失。本文根据近些年国内粉煤气化的成功运行经验,对其中多种特殊应用的阀门使用进行了总结探讨,提出建议的仪表选型,为同类项目的仪表设计工作提供参考依据。

关键词: 气化;阀门;盘阀;陶瓷球阀

0 引言


在工艺装置中,阀门是控制元件,其主要作用是隔离设备和管道系统、调节流量、防止回流、调节和排泄压力,对于工艺装置的平稳生产和安全运行起到了决定性的作用。在粉煤气化装置中,工艺介质多为煤粉、灰渣水、黑水,在高压的情况下,流速快,对管道和仪表的冲刷、磨损十分严重。针对这种恶劣的工况,相比于其他装置,粉煤气化装置对阀门的要求更为苛刻和严格。

1 盘阀


在粉煤气化工艺流程中,粉煤加压进料、气化炉排渣(除灰)工段采用了锁斗设备来定时进行粉煤给料、排渣等频繁(每 30min 一次)的操作,其中的锁斗阀、平衡阀和锁渣阀作为关键的阀门其设计的好坏决定了气化炉能否正常运行。这些阀门的操作工况多为气固混合(煤粉 + 二氧化碳)与固液混合(渣水),操作压力 4.9MPaG 左右,最大允许差压为 6.2MPaG,入口温度为 100 摄氏度。此工况中,介质中多含有高硬度颗粒,对阀门内件,特别是阀芯与阀座的密封面冲蚀严重。仪表选型上多采用双向金属硬密封耐磨球阀,即使目前此类阀门已经国产化,价格较进口阀门有了较大优势,但是由于阀门自身结构的问题,故障率高、寿命时间短,使用效果并不理想。究其原因主要是因为球阀结构中的金属阀座与进行密封的常规球阀四周的间隙易积聚煤粉,使密封面极易受到磨损 [1],刮伤阀芯上的硬质金属涂层。在频繁地开启关闭的过程中,

由于球阀的密封面总是在同一位置,导致阀门的密封很快失效。

1.1 盘阀原理

盘阀是在多晶硅、电力除灰系统和冶金行业中广泛应用的一种耐磨切断阀门[2]。其独特的结构特点保证其在带有磨损冲蚀性物料的恶劣工况下能连续长期地正常工作。如图 1 所示。


盘阀通过阀杆与驱动臂使滑动圆盘在阀腔内的旋转运动来实现阀门的启闭。在启闭过程中,阀盘密封面在弹簧压力的作用下与阀座紧密贴合,并且圆盘边缘为锐边,对密封面上的物料起到刮削的作用,能够阻止介质中的大颗粒物质进入密封面。在盘阀启闭过程中,阀盘不仅围绕主轴做圆弧形旋转运动,而且由于阀座密封面对阀盘在切线方向上的摩擦力矩之差,使阀盘在一个启闭循环过程产生自转,从而使得阀盘每次接触物料的点不同,在固体颗粒与密封件之间形成自研磨,对密封面具有良好的补偿效果,使其在磨损、冲蚀物料上应用的过程不断提高密封性,寿命要比其他阀门长 [3]。

1.2 盘阀分类

盘阀按照结构可分为单盘阀和双盘阀。

1)单盘阀

单盘阀根据使用的情况可以分为单阀单盘与单阀双盘。单 阀 单 盘 为 单 向 密封, 适 用 于 阀 门 关 闭 静 压 作 用于阀盘背面的情况或者反向压力很低的情况(一般小于0.25MPa),单阀双盘可实现双向密封双向流动 [4]。对于煤粉输送单元,此单阀双盘阀可代替双向硬密封球阀来使用。由于盘阀外形尺寸比球阀较大,在工艺需要设置双切断阀的情况下,较大的占地空间给配管专业带来了许多困难,如粉煤锁斗进口与出口切断阀、粉煤锁斗压力平衡阀。针对这种情况,可以采用双盘阀结构。

2)双盘阀

双盘阀把 2 个盘阀装配在一起以节约安装空间和减轻质量,其也可分为双阀单盘与双阀双盘。上下两个阀盘能独立进行开关动作,并实现密封。为了避免在使用过程中造成两个阀盘之间的憋压,采用双盘阀时多采用双阀双盘结构。通常,阀体材质多采用 WCB 或 LCB,阀内件材质采用SAF2205。