浅析盘阀在Shell煤气化工艺中的应用

宾同

　　Shell煤气化工艺以干煤粉为原料，纯氧作为气化剂，液态排渣，属加压气流床气化工艺。原煤经破碎研磨成煤粉并经干燥处理后，依次经过常压粉煤仓、粉煤锁斗及粉煤给料仓，由高压氮气将粉煤送至气化炉喷嘴。在煤粉的输送过程中，粉煤下料阀能否正常开关，其密封性是否良好，直接影响着煤粉输送及气化炉能否正常运行。我公司Shell粉煤气化装置自2008年4月开车以来，粉煤给料系统一直是制约装置高负荷运行的因素之一，多次因煤粉下料阀出现故障造成系统降负荷、甚至停车的事故，给后系统生产带来严重影响。通过分析粉煤下料阀故障的原因，认为原设计选用球阀作下料阀选型错误，研究后决定更换为国产盘阀，投用后使用效果良好。

1、煤粉输送工艺原理

　　在常压设备———煤粉贮仓V1201A/B中的煤粉，通过重力作用进入煤粉锁斗V1204，V1204充满煤粉后，关闭上部2道开关阀12XV0133、12XV0123(为了安全起见，低压设备和高压设备之间都是用双阀组隔离，如：煤锁斗V1204在高压时V1201和V1204之间有双阀隔离，V1204泄压后V1204和煤进料罐V1205之间也使用双阀组隔离)。V1204与所有的低压设备隔离后，用高压CO2将其压力升至约4.5MPa，与煤进料罐V1205平衡压力后，打开煤锁斗V1204与煤进料罐V1205之间平衡管线的连通阀。一旦煤进料罐V1205达到低料位，即打开煤锁斗排料阀组12XV0131、12XV0132卸料。卸料完毕后将煤锁斗与煤进料罐隔离，将锁斗压力分3次卸至接近常压，然后打开锁斗上部的进料阀12XV0133、12XV0123，接受煤粉贮仓V1201的煤粉。锁斗充装完毕后，再次充压，等待下一次的卸料信号。

　　煤进料罐V1205内温度为80℃、压力为4.5MPa，煤粉在煤循环/给料程序13KS0011/12/13/14的控制下，经过计量和调节后进入烧嘴或通过减压管减压后返回至粉煤贮仓(煤粉循环时)。

2、原设计球阀使用情况

　　我公司Shell粉煤气化装置煤粉输送单元的粉煤下料阀按照壳牌原设计安装的是进口硬密封浮动球阀的双阀组。在系统运行过程中，由于V1204A/B和V1205A/B之间压差较大，加上在煤粉粒径、水分不合格的情况下，系统顺控频繁开关球阀排堵(根据我公司的经验，V1204每下一罐料，球阀要开关10次左右)，长时间运行后，阀门会发生内漏，导致双阀组之间憋压，出现无法打开、卡死和阀腔内堆积煤粉现象。阀门发生内漏后，双阀组长期受高压、高速气固的冲刷和磨蚀，漏进2个阀门之间的粉煤又进一步增大了阀门的磨损程度，使阀门的使用寿命缩短，给长周期安全生产控制带来不便。此外，阀门内漏还会造成V1205A/B压力波动较大，致使煤粉管线波动，气化炉炉温频繁波动，严重影响煤烧嘴的使用寿命，也对气化炉内件造成损害。

　　2009年8月停车检查，发现双阀组阀球已被冲刷和磨蚀，阀体密封面也受损严重，阀轴扭曲变形。

3、盘阀的使用情况

　　3.1、盘阀简介

　　盘阀是通过滑动圆盘来实现开关的一种快开快关阀门。其设计针对有磨损、冲蚀性的物料，它能在恶劣的工况下连续长期地正常工作，其独有的硬密封面具有自研磨作用，使其在磨损、冲蚀物料上应用的过程中不断提高密封性，寿命要比其他阀门长好几倍。盘阀适用于物料磨蚀情况严重的飞灰系统、煤粉系统和渣系统。

　　盘阀是靠驱动装置通过阀杆与摇臂使阀盘转动一定的角度来实现阀门的开关。阀盘的密封面借助弹簧与阀座紧密贴合，弹簧压力始终使阀盘紧密贴合在阀座上，同时允许阀盘在密封面的垂直方向上有位移。这有助于补偿阀门零件由于膨胀冷缩而引起的形变和多次开关后产生的微量磨损，克服任何背压变化对密封的影响，并能防止颗粒介质进入密封面。在盘阀启闭过程中，阀座密封面对阀盘在切线方向上的摩擦力之差，使阀盘在一个启闭循环过程中产生自转并可以不断剪切与清扫在工艺过程中有可能堆积在阀腔内的介质。

　　3.2、盘阀使用情况

　　2011年4月，将我公司Shell气化装置U1200单元B系列V1204和V1205之间的双阀组12XV0231、12XV0232更换为国产双向盘阀，使用至今，一直很正常，没有出现任何故障或内漏的迹象。为了节约成本，经过综合考虑，A系列锁斗阀未更换成盘阀，只是将原B系列更换下的锁斗阀经过厂家修复后作为A系列阀组的备用阀门。2011年9月，将U1200单元A系列的12XV0131、12XV0132阀门更换为全新的普通球阀，使用6个月后，目前已有1台阀门发生故障，经常在V1204处于低压区时无法打开，每次出现此情况必须再次对V1204充压才能打开，A系列被迫采取单阀控制下料，给装置安全运行带来较大的风险。

　　通过盘阀和球阀2种阀组在相同工艺条件下使用的比较，不难看出盘阀具有明显的优势，而且盘阀为国产设备，其价格远低于进口球阀，其售价甚至低于双阀组中1台球阀的价格。

　　我公司下一步计划将A系列的12XV0131、12XV0132也更换为盘阀。另外，V1201和V1204之间的双阀组12XV0133、12XV0123，V1204和V1205之间的压力平衡阀组12XV0126、12XV0127以及灰锁斗的双阀组15XV0002、15XV0003都可更换为盘阀。

4、结语

　　国产盘阀在Shell煤气化装置的使用，解决了Shell工艺上的缺陷及不足，为壳牌煤气化工艺的连续稳定运行提供了保障。随着国内Shell煤气化装置运行时间的延长，部分关键设备到了故障高发期，使用国产的替代设备对节约资金非常明显，关键设备的国产化是Shell煤气化工艺在国内发展的一大趋势。