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淺析煤化工控制閥的選型及應用
2013-11-7 14:24:55

    隨著煤化工項目在全國各地的建設和開車,煤化工在國民經濟中的地位也越來越突出。由于煤化工工藝的特殊性,在生產過程中所使用的各類控制閥關乎著生產的平穩和安全,在煤化工項目中起著至關重要的作用。筆者根據多年的實踐經驗,對煤化工各個裝置區的各類關鍵控制閥進行闡述和剖析,以供大家交流借鑒。

    一、鍋爐裝置區

    煤化工項目的鍋爐給水壓力16Mpa,鍋爐出產的蒸汽基本為9.8Mpa、540℃,大部分用于拖動透平汽輪機,其余部分經過多次減壓后供生產使用。所以鍋爐裝置區,給水控制閥和蒸汽減壓閥非常重要,而且造價極高。

    1、鍋爐給水閥

    用于精準的控制汽包液位,給水壓力高(16Mpa)溫度高(220℃),對閥體及其內件沖刷極大,閥門選型不當極易產生振動。閥芯結構可用籠式套筒。閥芯與閥桿連接形式要求焊接,不采用螺紋、銷釘和螺栓被帽的形式,避免在高壓沖蝕下閥桿與閥芯脫落。閥門本體材質通常為WC6或CF8M,閥內件材質304或316,閥桿材質可選304、17-4PH(馬氏體不銹鋼,強度極高)如選用304,要求有1.5-2倍強度余量。執行機構可選用電動或氣動薄膜式執行機構,考慮到控制安全的需要,要求事故狀態下閥門保持開度。

    2、鍋爐給水泵最小回流閥

    鍋爐給水泵往往為10級以上的多級泵,進出口壓差極大,為了保證給水泵的安全運行,最小回流閥是給水泵重要的安全控制附件。由于壓差高達16Mpa,溫度220℃,對閥本體和內件沖蝕極大,控制難度也較大,加之價格較高。許多地方往往采用帶定位器的套筒控制閥代替,通過定位器控制難度大,往往伴隨著振動和沖蝕,使用壽命較短。真正的最小回流閥為自力式閥門,閥芯須經噴涂碳化鎢處理,閥芯和閥體可堆焊司太立合金。

    3、蒸汽減壓閥

    這里重點介紹9.8Mpa減1.0Mpa的閥門,其他等級的減壓閥國內基本可以滿足生產要求。對于9.8Mpa減1.0Mpa的閥門目前世界范圍內首推還是CCI迷宮式套筒減壓閥,雖然多數廠家也可制造生產此種閥門而且有一定的使用業績,但是關鍵核心技術還在套筒的結構和制造工業。CCI采用的迷宮式減壓套筒,此部件目前還是CCI計算和制造的最好。但是閥桿和閥塞的連接還要避免通過銷釘和螺紋,最好是整體或焊接方式。注意的是,其他進口品牌,往往可能在閥門進口或出口增加整流或降噪孔板,其實也是起到減壓作用,但這種結構帶來很大的問題,通常此種閥門基本通過焊接方式與管道連接,一旦孔板破損對于整個系統帶來的問題都是致命的,而且在低負荷下,孔板的減壓降噪效果下降極快,基本起不到正常作用。這也是使用選型中需要注意的。

    二、空分裝置區

    空分裝置區基本為低溫閥、氧閥和分子篩再生閥門(機組的閥門單獨說明)

    1、低溫閥門

    目前低溫閥較為成熟,基本國內外均可制造,如福斯、Fisher、山武、koso等,此種閥門填料和閥桿加長處理。閥體及閥內件材料以316為主。

    2、氧氣放空閥

    作為空分裝置氧氣超壓后緊急放空,特點是壓差大,動作速度快,放空量大(取決于氣化的設計負荷)。由于氧氣的特點,對于一般有色金屬。原則上線速度不超過25米/秒(與氧氣純度和壓力都有關系,這里取一個通常值)。所以對于高壓差下的氧氣放空閥,材質一般選擇Inconel625或Menel500以上。由于閥體及內件均采用此種特材,成本非常高。閥門類型可以為:Globe閥、套筒閥和球閥,通常不采用球閥(除了用于切斷作用的閥門)當然主要是價格因素。同時Globe閥、套筒閥也有很好的使用效果。由于壓差較大,在閥門開啟與閉合時,需要執行機構輸出較大的力量,往往執行機構非常大,閥桿也很粗,動作時間較長。這里介紹一種平衡式閥芯,可以克服大壓差下閥門控制。

    3、分子篩純化系統用的三桿閥

    根據分子篩再生的工藝特點:管道通常較粗(一般直徑在900mm以上。大的到1500mm),再生頻次高,介質較為清潔、壓力和溫度適中。對閥門要求零泄漏,可單項密封。對于這樣大口徑管道,通常選用蝶閥,對于泄露的要求,可選用三偏心蝶閥。三桿閥就是一種特殊三偏心形式的蝶閥,轉動軸完全偏離中心,類似一種機械人手臂式的結構。動作時,閥板先沿介質流向反方向移動,使閥板與閥座分開,然后翻轉閥板,克服了閥板與閥座的摩擦。典型的閥門是歐賓諾斯的三桿閥,閥門具有防火功能,高溫下,閥座軟密封破壞后,其閥座與閥板形成第二道密封,保證氣體不泄露。

    三、氣化裝置

    氣化裝置最為復雜,也是煤化工的核心裝置,此裝置使用的閥門種類繁多而且要求非常苛刻,同時又與氣化爐的形式有很大關系。目前氣化爐有德士古、GSP及四噴嘴水煤漿爐。

    1、煤漿及煤粉系統

    煤漿做原料的控制系統,煤漿作為輸送和流量調節設備,閥門起到控制煤漿的循環和切斷。根據煤漿的特點,首選為球閥,雙向硬密封固定球,內件可選316及以上材質,可做滲氮及堆焊司太立合金進行硬化處理;

    煤粉做原料的控制系統較為復雜,而且由于煤粉產生的磨損效果較為嚴重,當然根據9大類閥門的特點,球閥依然是首選,雙向硬密封固定球,內件可選316及以上材質,可做滲氮、堆焊司太立合金進行硬化處理甚至噴涂碳化鎢。這里要強調幾點:1、閥門的軸承選擇上,盡量保證軸承密封效果,避免煤粉進入軸承對其造成磨損加速閥門損壞2、閥座蝶型彈簧材質上的選擇,建議選擇高速鋼如:SKH-23;3、閥門安裝時應對執行機構安裝支架或吊架避免執行太重對閥桿及軸承的影響。這三點注意同樣適用于氣化鎖渣閥,而且選型情況與鎖渣閥基本一樣。這里推薦兩種閥型供參考,可能效果會更好。1、軌道球閥,也就是所謂彈性球球閥。需要注意的就是軌道球閥需要考慮物料對軸承和閥桿及執行機構的影響,這里在密封上需要進行處理;2、盤閥,聽說有一定的使用業績,并且效果也不錯,但選擇需要選擇雙向密封,同樣需要考慮對閥桿及執行機構的密封的問題。

    2、鎖渣閥

    與上面煤粉系統選擇的球閥一致,不再重復。

    四、合成及后續其他裝置

    甲醇合成及后續其他裝置閥門選型基本遵循了閥門選用的基本要求,根據工藝的特點,需要注意和關注的1、溫度,低溫閥門材料選型注意使用304L或316L;2、腐蝕介質如含硫化氫的,除316L外可高選317L或雙相鋼材質;3、對于含毒性大或有強刺激的介質可選用波紋管密封型式;4、氣體法生產聚丙烯,需要高頻閥門,開關次數多,目前只有少數幾家產品業績較好,選型中需要注意。

    綜述,目前閥門基本分為九大類:1、單座閥2、雙座閥3、角閥4、隔膜閥5、球閥6、蝶閥7、套筒閥8、偏心旋轉閥9三通閥。根據閥門自身的特點,根據工藝不同的要求和介質的特點進行選擇,優化。當然還有許多閥門屬于從九大類中衍生出來的,如插板閥和盤閥屬于蝶閥類,旋塞閥屬于球閥類,換向閥屬于三通閥門類等。在閥門選型上,除了注意閥門的類型和材料外,閥門附件同樣非常重要,執行機構、定位器和空氣減壓原件、閥位反饋原件等,由于篇幅的問題不再一一敘述。





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