煤化工设备的选型与应用关系到装置长周期稳定运行

电里红

　　目前中国煤化工项目建设的火爆程度已远远超出我们的想像，煤化工技术更新也是日新月异，虽然这几年不断有过剩、污染、成本等不利于行业发展的话题，但依然挡不住行业的发展，多个大型煤化工项目立项、核准、建设及试车投产，各类长周期运行纪录被打破，鼓舞行业士气，激励我们不断前行。

由于煤化工工艺的特殊性，生产的平稳和安全运行是至关重要的，其中控制阀就是重要的一环。控制阀作为煤化工中的核心应用部件，其使用环境十分严苛，控制阀内通常流通着由气、液、固组成的多相流，并且在高温、高压、高腐蚀的环境下进行工作。

下面就为大家介绍一下煤化工各个装置区各类关键控制阀的具体情况及应用现状分析。

首先，我们先了解一下煤化工行业控制阀的应用现状。

煤化工专用阀门应用场合包括以下几类：

• 煤浆（粉）输送，包括水煤浆（间接液化）、油煤浆（直接液化）等；
• 吹灰系统；
• 废水处理系统；
• 排渣系统。
  
  
  

煤化工行业阀门控制介质特点有以下几点：

• 介质温度高，输送温度最高可达350℃；
• 气液固三相流体工况复杂；
• 工作压力高，压差可达10MPa以上，导致介质流速高；
• 介质中含有氯离子、氨、钾盐、硫化氢或磷酸等强腐蚀介质。
  
  

煤化工行业用阀现状有以下两种情况：

①煤化工装置关键阀门基本依靠进口，由于进口阀门价格昂贵，使用寿命短，导致频繁停车，再加上制造厂远离中国，售后服务不及时，成为煤化工装置正常运行的“瓶颈”，近年随着国内阀门厂家的技术提升以及大量的使用业绩增加，煤化工锁渣阀，黑水调节阀，轨道球阀，盘阀，锅炉给水阀，锅炉给水泵最小回流阀，蒸汽减压阀的国产化比例也在不断提高；

②以现在的煤化工装置为例，每运行3～6个月，就需停车检修。关键控制阀冲刷、腐蚀严重，不能长周期稳定运行，是制约装置正常运行的瓶颈设备。

下面，我们就来具体了解一下煤化工各个装置区的各类控制阀选型情况。

一、锅炉装置区




1、锅炉给水阀
用于精准的控制汽包液位，给水压力高(16Mpa)温度高(220℃)，对阀体及其内件冲刷极大，阀门选型不当极易产生振动。阀芯结构可用笼式套筒。阀芯与阀杆连接形式要求焊接，不采用螺纹、销钉和螺栓被帽的形式，避免在高压冲蚀下阀杆与阀芯脱落。阀门本体材质通常为WC6或CF8M，阀内件材质304或316，阀杆材质可选304、17-4PH(马氏体不锈钢，强度极高)如选用304，要求有1.5-2倍强度余量。执行机构可选用电动或气动薄膜式执行机构，考虑到控制安全的需要，要求事故状态下阀门保持开度。


2、锅炉给水泵最小回流阀
锅炉给水泵往往为10级以上的多级泵，进出口压差极大，为了保证
给水泵的安全运行，最小回流阀是给水泵重要的安全控制附件。由于压差高达16Mpa，温度220℃，对阀本体和内件冲蚀极大，控制难度也较大，加之价格较高。许多地方往往采用带定位器的套筒控制阀代替，通过定位器控制难度大，往往伴随着振动和冲蚀，使用寿命较短。真正的最小回流阀为自力式阀门，阀芯须经喷涂碳化钨处理，阀芯和阀体可堆焊司太立合金。


3、蒸汽减压阀
这里重点介绍9.8Mpa减1.0Mpa的阀门，其他等级的减压阀国内基本可以满足生产要求。对于9.8Mpa减1.0Mpa的阀门目前世界范围内首推还是CCI迷宫式套筒减压阀，虽然多数厂家也可制造生产此种阀门而且有一定的使用业绩，但是关键核心技术还在套筒的结构和制造工业。CCI采用的迷宫式减压套筒，此部件目前还是CCI计算和制造的最好。但是阀杆和阀塞的连接还要避免通过销钉和螺纹，最好是整体或焊接方式。需要注意的是，其他进口品牌，往往可能在阀门进口或出口增加整流或降噪孔板，其实也是起到减压作用，但这种结构带来很大的问题，通常此种阀门基本通过焊接方式与管道连接，一旦孔板破损对于整个系统带来的问题都是致命的，而且在低负荷下，孔板的减压降噪效果下降极快，基本起不到正常作用，这也是使用选型中需要注意的问题。


二、空分装置区





空分装置区基本为低温阀、氧阀和分子筛再生阀门(机组的阀门单独说明)。


1、低温阀门
目前低温阀较为成熟，基本国内外均可制造，如福斯、Fisher、山武、koso等，此种阀门填料和阀杆加长处理。阀体及阀内件材料以316为主。


2、氧气放空阀
作为空分装置氧气超压后紧急放空，特点是压差大，动作速度快，放空量大(取决于气化的设计负荷)。由于氧气的特点，对于一般有色金属。原则上线速度不超过25米/秒(与氧气纯度和压力都有关系，这里取一个通常值)。所以对于高压差下的氧气放空阀，材质一般选择Inconel625或Menel500以上。由于阀体及内件均采用此种特材，成本非常高。阀门类型可以为：Globe阀、套筒阀和球阀，通常不采用球阀(除了用于切断作用的阀门)当然主要是价格因素。同时Globe阀、套筒阀也有很好的使用效果。由于压差较大，在阀门开启与闭合时，需要执行机构输出较大的力量，往往执行机构非常大，阀杆也很粗，动作时间较长。


3、分子筛纯化系统用的三杆阀
根据分子筛再生的工艺特点：管道通常较粗(一般直径在900mm以上。大的到1500mm)，再生频次高，介质较为清洁、压力和温度适中。对阀门要求零泄漏，可单项密封。对于这样大口径管道，通常选用蝶阀，对于泄露的要求，可选用三偏心蝶阀。三杆阀就是一种特殊三偏心形式的蝶阀，转动轴完全偏离中心，类似一种机械人手臂式的结构。动作时，阀板先沿介质流向反方向移动，使阀板与阀座分开，然后翻转阀板，克服了阀板与阀座的摩擦。




三、气化装置



气化装置最为复杂，也是煤化工的核心装置，此装置使用的阀门种类繁多而且要求非常苛刻，同时又与气化炉的形式有很大关系。


1、煤浆及煤粉系统
煤浆做原料的控制系统，煤浆作为输送和流量调节设备，阀门起到控制煤浆的循环和切断。根据煤浆的特点，首选为球阀，双向硬密封固定球，内件可选316及以上材质，可做渗氮及堆焊司太立合金进行硬化处理；
煤粉做原料的控制系统较为复杂，而且由于煤粉产生的磨损效果较为严重，当然根据9大类阀门的特点，球阀依然是首选，双向硬密封固定球，内件可选316及以上材质，可做渗氮、堆焊司太立合金进行硬化处理甚至喷涂碳化钨。


这里要强调几点：
• 阀门的轴承选择上，尽量保证轴承密封效果，避免煤粉进入轴承对其造成磨损加速阀门损坏；
• 阀座蝶型弹簧材质上的选择，建议选择高速钢如：SKH-23；
• 阀门安装时应对执行机构安装支架或吊架避免执行太重对阀杆及轴承的影响。
  
  
这三点注意同样适用于气化锁渣阀，而且选型情况与锁渣阀基本一样。
这里推荐两种阀型供参考，可能效果会更好。


• 轨道球阀，也就是所谓弹性球球阀。需要注意的就是轨道球阀需要考虑物料对轴承和阀杆及执行机构的影响，这里在密封上需要进行处理；
• 盘阀，听说有一定的使用业绩，并且效果也不错，但选择需要选择双向密封，同样需要考虑对阀杆及执行机构的密封的问题。
  
  
2、锁渣阀
锁斗系统是液态排渣的水煤浆或和干煤粉气流床加压气化装置上的最重要的排渣系统，主要由渣罐、锁渣阀、排渣阀、冲洗水罐等组成，自动循环控制。用于定期收集气化炉渣。锁渣阀，也称之为锁斗阀，一般采用气动两位开关球阀。每台气化炉渣出口的锁斗设置3台锁渣阀，锁斗排放口有1台锁渣阀。锁渣阀采用的是金属硬密封固定式球阀结构，直接参与锁斗系统的程序控制。


四、合成及后续其他装置
甲醇合成及后续其他装置阀门选型基本遵循了阀门选用的基本要求，根据工艺的特点，需要注意和关注的有：
• 温度，低温阀门材料选型注意使用304L或316L；
• 腐蚀介质如含硫化氢的，除316L外可高选317L或双相钢材质；
• 对于含毒性大或有强刺激的介质可选用波纹管密封型式；
• 气体法生产聚丙烯，需要高频阀门，开关次数多，目前只有少数几家产品业绩较好，选型中需要注意。
  
  
目前阀门基本分为九大类：
• 单座阀；
• 双座阀；
• 角阀；
• 隔膜阀；
• 球阀；
• 蝶阀；
• 套筒阀；
• 偏心旋转阀；
  
  
• 三通阀。
  
  





根据阀门自身的特点，根据工艺不同的要求和介质的特点进行选择、优化。
当然还有许多阀门属于从九大类中衍生出来的，如插板阀和盘阀属于蝶阀类，旋塞阀属于球阀类，换向阀属于三通阀门类等。在阀门选型上，除了注意阀门的类型和材料外，阀门附件同样非常重要，执行机构、定位器和空气减压原件、阀位反馈原件等问题。