盤閥在Shell煤氣化中的應(yīng)用

付榮申，安鐵夫

（中國(guó)五環(huán)工程有限公司，武漢430223）

Shell煤氣化（SCGP）技術(shù)在煤加壓進(jìn)料、除渣、除灰工段采用了鎖斗技術(shù)，鎖斗閥和平衡閥［1］是煤氣化裝置中關(guān)鍵的控制閥門，由于使用工況要求很高，閥門操作條件惡劣，對(duì)閥門的技術(shù)要求很高。該工藝中把鎖斗閥和平衡閥列為特殊閥門，2011年8月前，規(guī)定采用進(jìn)口球閥。煤粉管線中鎖斗閥及平衡閥如圖1所示。12XV－0123／0133，12XV－0131／0132為鎖斗閥，管徑為 DN350，工藝介質(zhì)為煤粉和CO2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的煤粉粒度不大于90μm，固體密度為550kg／m3，氣體密度為81.6～85.7kg／m3，操作溫度為80℃，操作壓力為4.6～4.8MPa，最大關(guān)閉壓差為5.61MPa，動(dòng)作（開啟或關(guān)閉）時(shí)間不大于15s。12XV－0120／0121，12XV－0126／0127 為 平 衡 閥，管 徑 為DN200，工藝介質(zhì)為煤粉和CO2，密度為76.2～79.4kg／m3，操作溫度為100℃，操作壓力為4.6～4.8MPa，最大關(guān)閉壓差為5.61MPa，動(dòng)作（開啟或關(guān)閉）時(shí)間不大于15s。

就現(xiàn)有工況來講，進(jìn)口球閥作為鎖斗閥及平衡閥［2］容易出現(xiàn)憋壓、卡死現(xiàn)象，維護(hù)周期煤粉鎖斗閥為4～5個(gè)月，平衡閥為7～8個(gè)月，鎖渣閥為6～12個(gè)月。

圖1 煤粉管線鎖斗閥及平衡閥示意

球閥出現(xiàn)故障及損壞［3－6］的原因有：物料堆積、內(nèi)件異變、輸出過小、金屬粘結(jié)［7］、失效刮刀、填料盤根破裂、熱脹冷縮等造成閥門開關(guān)不到位；金屬粘結(jié)、沖刷、腐蝕、蠕變、磨損造成硬密封面損壞。因此，盤閥作為一種新的選擇被應(yīng)用。下面就盤閥的工作原理、特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，希望為類似工況儀表選型提供參考。

1 工作原理

盤閥是通過滑動(dòng)圓盤來實(shí)現(xiàn)開關(guān)的一種快開快關(guān)閥門［8］。其設(shè)計(jì)針對(duì)帶有磨損、沖蝕性的物料，能在惡劣的工況下連續(xù)長(zhǎng)期地正常工作。它獨(dú)有的硬密封面具有自研磨作用，使其在磨損、沖蝕物料的過程中不斷提高密封性，壽命要比其他閥門長(zhǎng)好幾倍，其工作原理如圖2所示。

圖2 盤閥工作原理示意

驅(qū)動(dòng)裝置通過閥桿與搖臂使閥盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度來實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)。閥盤密封面借助彈簧與閥座緊密貼合，彈簧壓力始終使閥盤緊密貼合在閥座上，又允許閥盤在密封面的垂直方向上有位移，這有助于補(bǔ)償閥門零件由于熱脹冷縮引起的變形和多次開關(guān)后產(chǎn)生的微量磨損，克服任何背壓變化對(duì)密封的影響并能防止顆粒介質(zhì)進(jìn)入密封面之間；在盤閥啟閉過程中，閥座密封面對(duì)閥盤在切線方向上的摩擦力之差，使閥盤在一個(gè)啟閉循環(huán)過程產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，并可以不斷剪切與清掃在工藝工程中有可能堆積在閥腔內(nèi)的介質(zhì)。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

盤閥根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為兩大類：?jiǎn)伪P閥和雙盤閥［9－10］。

單盤閥根據(jù)使用工況又可分為單閥單盤和單閥雙盤，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。單閥單盤為單向密封，適用于閥門關(guān)閉靜壓作用于閥盤背面的情況或者反向壓力很低的情況（一般小于0.25MPa）。單閥雙盤可實(shí)現(xiàn)雙向密封、雙向流動(dòng)。

雙盤閥是把2個(gè)盤閥裝配在一起，以節(jié)約安裝空間和減輕質(zhì)量，根據(jù)適用的工況也可分為雙閥單盤和雙閥雙盤，如圖4所示。上閥和下閥能獨(dú)立進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)密封，開關(guān)過程中可以依次開關(guān)上閥和下閥，主要用于替代2臺(tái)球閥使用。

圖3 單盤閥（單／雙盤）結(jié)構(gòu)示意

圖4 雙盤閥（單／雙盤）結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)煤氣化鎖斗閥及平衡閥使用工況，選用盤閥具有下列優(yōu)點(diǎn)：

a）盤閥是真正意義上的面密封閥門，閥盤在閥腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)過程中，閥盤依靠偏心摩擦力的作用實(shí)現(xiàn)自旋轉(zhuǎn)，閥門每次的開關(guān)過程中，密封面與介質(zhì)都不在同一點(diǎn)接觸（這一點(diǎn)與球閥密封面大不相同，球閥的開關(guān)過程始終是沖刷或磨損同一點(diǎn)），從而有效地延長(zhǎng)了密封面的壽命；由于閥盤的自旋轉(zhuǎn)，閥盤與閥座存在著天然的自研磨效應(yīng)，這樣的自研磨對(duì)于密封面是非常好的補(bǔ)償和修復(fù)，這也是盤閥或者雙盤閥的密封性和壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硬密封球閥的根本原因。在壽命范圍以內(nèi)，閥盤與閥座越研磨配合得好，密封效果就越好。

b）盤閥是全流通通徑閥門，具有寬大的密封面，而且其密封面完全垂直于流線方向，閥盤的來回運(yùn)動(dòng)不會(huì)像球閥那樣急劇地改變流線的方向，從而導(dǎo)致對(duì)密封面或者是閥內(nèi)件的劇烈沖刷，因而減少了沖蝕，使其具有良好的密封性。

c）盤閥的密封面補(bǔ)償彈簧采用碟簧，碟簧具有剛性系數(shù)大而穩(wěn)定、溫度適應(yīng)能力強(qiáng)、不怕臟等特性，溫度的變化和物料的堆積對(duì)于碟簧的預(yù)壓力幾乎沒有影響，從而可以保證開啟／關(guān)閉過程扭矩保持穩(wěn)定，延長(zhǎng)閥門的使用壽命。

d）盤閥的閥盤依靠碟簧的預(yù)壓力貼緊閥座，并且閥盤邊緣具有尖銳的棱角，在閥盤的運(yùn)動(dòng)過程中可以輕松地剪切固體物料，刮去殘留在密封面上的顆粒，這種效應(yīng)相當(dāng)于給閥門裝上了“移動(dòng)刮刀”，進(jìn)一步保障了雙盤閥的密封能力，延長(zhǎng)了使用壽命。

e）盤閥的閥桿采用無螺紋的彈簧承載填料結(jié)構(gòu)，閥桿無上升和下降運(yùn)動(dòng)，盤根與填料的疊加配置可以更好地抵消壓力、溫度的變化，使盤根均勻受壓，有效地消除外泄漏。

f）盤閥從結(jié)構(gòu)上看幾乎沒有易損件，閥盤被設(shè)計(jì)成永不脫離閥座的結(jié)構(gòu)，故不存在發(fā)生卡澀的現(xiàn)象。閥桿的無螺紋設(shè)計(jì)也使其在壽命范圍內(nèi)具有良好的可操作性和密封性，雙盤閥的維護(hù)工作量非常小，無需要保養(yǎng)、更換、研磨等工作。

3 在Shell煤氣化中的應(yīng)用

由于盤閥結(jié)構(gòu)及在顆粒介質(zhì)中的應(yīng)用優(yōu)于球閥，Shell在其工藝包上指出在某些位置可以用盤閥代替球閥使用，并給出了盤閥的技術(shù)要求。下面以煤粉鎖斗為例介紹盤閥解決方案。

在大同煤礦600kt／a甲醇煤氣化項(xiàng)目中經(jīng)與Shell工 藝 商 溝 通，圖 1 中 12XV－0123／0133，12XV－0131／0132，12XV－0120／0121，12XV－0126／0127閥門，由于容易出現(xiàn)卡澀、憋壓?jiǎn)栴}，現(xiàn)用4臺(tái)雙盤閥替代原方案中的8臺(tái)進(jìn)口球閥；12XV－0118，12XV－0122由于壓差較大，故未選用盤閥。

該項(xiàng)目中煤加壓及進(jìn)料、除渣、除灰單元共選用雙盤閥（雙盤）12臺(tái)，單盤閥（雙盤）1臺(tái)。

在盤閥安裝使用中，若管道口徑較大，由于盤閥腔體等同于管道口徑的兩倍，這樣整個(gè)閥門的體積就過于龐大，同時(shí)質(zhì)量相對(duì)于球閥也大，因而選用盤閥時(shí)應(yīng)重點(diǎn)注意安裝空間、支撐及管道應(yīng)力計(jì)算等問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

盤閥在國(guó)內(nèi)硅化工市場(chǎng)有著較為廣泛的應(yīng)用，但在煤化工領(lǐng)域應(yīng)用較少。但相對(duì)進(jìn)口球閥，盤閥具有壽命長(zhǎng)，可靠性高等特點(diǎn)。云南大為Shell煤氣化裝置煤粉鎖斗中采用2臺(tái)盤閥替代原進(jìn)口球閥，自2009年至今為止平穩(wěn)運(yùn)行，采用盤閥作為SCGP鎖斗閥及平衡閥可以有效地提高煤氣化裝置的可靠性及運(yùn)行周期。但盤閥在SCGP領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用還處于起步、探索階段。

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