淺談合成氣放空閥的選型

趙大鵬

(江蘇索普(集團(tuán))電儀廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212006)

現(xiàn)代煤化工多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)是將水煤漿與空分送來的8.2 MPa高壓氧氣通過兩對對置工藝燒嘴進(jìn)入氣化爐，進(jìn)行部分氧化反應(yīng)制得粗合成氣。反應(yīng)后的粗煤氣和熔渣一起流經(jīng)氣化爐底部的激冷室激冷后，將氣體和固渣分開，激冷后的粗煤氣再經(jīng)混合器、旋風(fēng)分離器和水洗塔三級洗滌除塵后，溫度約242 ℃，壓力6.2 MPa，經(jīng)管道輸送至變換及熱回收工段。水洗塔出口合成氣水汽比約為1∶4,含塵量小于1 mg/m3(標(biāo)態(tài))。氣化爐投料的初始階段，水洗塔出口合成氣組分指標(biāo)很難控制，特別是含汽、含塵、含灰指標(biāo)通常較大。

1 合成氣放空調(diào)節(jié)閥運行的生產(chǎn)工藝和使用條件

氣化爐壓力在氣化裝置開車和停車時由合成氣放空調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥位于水洗塔頂合成氣出口放空到火炬的管線上。開車時通過調(diào)節(jié)閥逐步升高氣化爐壓力，當(dāng)達(dá)到需要的最大壓力時，通過調(diào)節(jié)閥的氣體流速很大，高速氣體的氣蝕和其中灰渣顆粒的磨蝕危害很大。氣化爐升壓到向變換工段送氣時，閥門由幾乎全開到全關(guān)閉，閥前壓力逐漸升高，兩端壓差逐漸加大，全關(guān)時閥前壓力達(dá)到最高，即氣化爐正常操作壓力，此時要求閥門不能泄露[1]。當(dāng)氣化爐系統(tǒng)超壓時，切斷閥緊急打開，放空閥進(jìn)行壓力自動調(diào)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)流程圖見圖1。

2 合成氣放空調(diào)節(jié)閥的特點

合成氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)放空閥要求具有調(diào)節(jié)功能、關(guān)閉時間快、泄漏量低(VI 級密封)等特點。系統(tǒng)壓力控制要求儀表準(zhǔn)確、可靠，閥門具有動作可靠、調(diào)節(jié)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)性能高、流通能力大、泄漏量低和耐沖蝕等特性。系統(tǒng)壓力放空調(diào)節(jié)閥通常采用不同口徑的閥門進(jìn)行分程調(diào)節(jié)，以確保壓力調(diào)節(jié)的精度，維持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定及避免系統(tǒng)超壓現(xiàn)象的發(fā)生，這樣也可延長閥門的使用壽命，降低造價。

圖1 合成氣壓力分程調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)圖

3 套筒閥的運行特點

合成氣放空工況下，設(shè)計時主要考慮低噪音套筒閥。

梅索尼蘭4100系列合成氣放空調(diào)節(jié)閥是煤化工行業(yè)中放空閥的首選閥型。根據(jù)設(shè)計要求，該放空閥一般設(shè)為一大一小(18″和8″)兩個分程調(diào)節(jié)閥門，閥門類型為單座套筒閥。主要特點為內(nèi)件材質(zhì)采用馬氏體硬質(zhì)不銹鋼，承受大壓差，能抗擊高溫、含固顆粒、大氣流的沖刷。閥內(nèi)件的籠式結(jié)構(gòu)有效地將放空造成的噪音降低到110 dB以下(降噪孔直徑不小于6 mm)。較好的等百分比和線性雙調(diào)節(jié)特性使系統(tǒng)在運行過程中壓力始終保持穩(wěn)定。

梅索尼蘭放空閥對氣化爐系統(tǒng)進(jìn)行的升、降壓控制，非常穩(wěn)定可靠。特別是在氣化爐出現(xiàn)系統(tǒng)異常超壓時，放空閥能非常迅速地打開并自動進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，保證了系統(tǒng)的安全。

4 套筒閥的使用缺陷及處理方法

低噪音套筒閥在使用時存在一些問題，特別是常出現(xiàn)大閥振動及卡死現(xiàn)象[2]。拆卸閥芯后檢查發(fā)現(xiàn)套筒內(nèi)積滿了煤灰，降噪孔被大面積堵塞并凝結(jié)成硬塊，閥芯已不能動作[3]，只能拆卸閥芯，取出套筒，用手槍鉆鉆孔清垢后，再用細(xì)砂紙打磨結(jié)垢。

遇到閥芯卡住的情況，目前可采用以下幾種方法來解決:

(1) 在氣化爐開車前，控制系統(tǒng)濁度在80 mg/L以下，保持放空的合成氣較潔凈，避免將閥芯降噪孔堵塞。

(2) 始終保持進(jìn)碳洗塔上塔的低溫變化冷凝液量不少于40 m3/h。保證水量可以有效地清洗、濕潤放空的合成氣，使灰渣不易在閥芯結(jié)垢、結(jié)晶。

(3) 對閥門外套筒進(jìn)行改造，在保證強度的前提下，在易堵塞的套筒上下部，將連續(xù)的幾個降噪孔打通，形成導(dǎo)流槽，可以增大閥芯的流通能力(見圖2)，使較大顆粒能通過閥芯，基本不會再造成閥芯卡死。

圖2 改進(jìn)的套筒閥閥芯

(4) 在放空調(diào)節(jié)閥前的放空切斷三偏心蝶閥上增加閥門定位器等調(diào)節(jié)氣路，增加調(diào)節(jié)性能，在放空閥卡住時通過蝶閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，完成系統(tǒng)升壓，避免停車。卡住的放空閥在氣化爐退出運行后再檢修。

5 放空閥的其他選型方案

套筒式合成氣放空閥開車時容易被灰渣卡住，對裝置的運行有一定的影響，因此在該工況條件下，可選用其他種類的閥門。

(1) 偏心旋轉(zhuǎn)閥

2007年山東魯化采用上海大通自控設(shè)備有限公司的900LB偏心旋轉(zhuǎn)閥作為合成氣放空閥，一直運行得較好，無維修記錄。該偏心旋轉(zhuǎn)閥的主要特點為結(jié)構(gòu)簡單，流道暢通，不會造成閥芯卡住[4](見圖3)；大功率執(zhí)行機構(gòu)及高強度的零件設(shè)計，閥芯采用燒結(jié)碳化鎢、閥桿采用Inconel 750材質(zhì)，可保證閥門強度，克服大壓差工況；但需要降低一點噪音指數(shù)和密封性能。

圖3 偏心旋轉(zhuǎn)閥閥芯結(jié)構(gòu)圖

(2) 閥桿雙導(dǎo)向型閥

河南心連心氣化項目選用Flowserve集團(tuán)下的 Valtek 系列調(diào)解閥，如采用Make one型Globe閥。這種閥門的特點為閥芯與閥桿一體化整體鍛造設(shè)計,使用粗閥桿和不易損件的閥塞密封環(huán)，閥桿上下雙導(dǎo)向，導(dǎo)向面積大、對中性好，適用于高溫、高壓差的工況 。Valtek取消了籠式導(dǎo)向,套筒開孔特別大(該閥類似于國內(nèi)的大套筒閥)，這樣閥芯不會卡住。閥芯結(jié)構(gòu)見圖4。與套筒閥相比，其調(diào)節(jié)性能和密封效果要差一些。

圖4 Valtek閥芯結(jié)構(gòu)圖

(3) 流通能力較大的閥

采用流通能力較大的閥型，在閥門后面加降噪板。如果降噪板焊接在管道上，則不方便清理；如果降噪板是由法蘭連接在管道上，則增加泄露點。因此這種方案一般不采用。

6 結(jié)語

在水煤漿加壓氣化工藝系統(tǒng)中，合成氣放空壓力調(diào)節(jié)閥起到了非常重要的調(diào)節(jié)功能。在幾種閥門的選型方案上，也各有利弊，要參考類似裝置中的選型狀況,項目具體的經(jīng)濟(jì)運行狀況,以往裝置中的使用經(jīng)驗[5],同時還要考慮各化工裝置采用的煤種、渣水運行的濁度控制水平等工藝參數(shù)的影響。