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粉煤氣化特殊閥門該如何選型呢？
閱讀：708 發布時間：2020-4-14在工藝裝置中，閥門是控制元件，其主要作用是隔離設備和管道系統、調節流量、防止回流、調節和排泄壓力，對于工藝裝置的平穩生產和安全運行起到了決定性的作用。在粉煤氣化裝置中，工藝介質多為煤粉、灰渣水、黑水，在高壓的情況下，流速快，對管道和儀表的沖刷、磨損十分嚴重。針對這種惡劣的工況，相比于其他裝置，粉煤氣化裝置對閥門的要求更為苛刻和嚴格。
一、盤閥
在粉煤氣化工藝流程中，粉煤加壓進料、氣化爐排渣（除灰）工段采用了 鎖斗設備來定時進行粉煤給料、排渣等頻繁（每 30min 一次）的操作，其中的鎖斗閥、平衡閥和鎖渣閥作為關鍵的閥門其設計的好壞決定了氣化爐能否正常運行。這些閥門的操作工況多為氣固混合（煤粉 + 二氧化碳）與固液混合（渣水），操作壓力 4.9MPaG 左右，大允許差壓為6.2MPaG，入口溫度為 100 攝氏度。此工況中，介質中多含有高硬度顆粒，對閥門內件，特別是閥芯與閥座的密封面沖蝕嚴重。儀表選型上多采用雙向金屬硬密封耐磨球閥，即使目前此類閥門已經國產化，價格較進口閥門有了較大優勢，但是由于閥門自身結構的問題，故障率高、壽命時間短，使用效果并不理想。究其原因主要是因為球閥結構中的金屬閥座與進行密封的常規球閥四周的間隙易積聚煤粉，使密封面極易受到磨損，刮傷閥芯上的硬質金屬涂層。在頻繁地開啟關閉的過程中，由于球閥的密封面總是在同一位置，導致閥門的密封很快失效。
盤閥原理
盤閥是在多晶硅、電力除灰系統和冶金行業中廣泛應用的一種耐磨切斷閥門。其*的結構特點保證其在帶有磨損沖蝕性物料的惡劣工況下能連續長期地正常工作。
盤閥通過閥桿與驅動臂使滑動圓盤在閥腔內的旋轉運動來實現閥門的啟閉。在啟閉過程中，閥盤密封面在彈簧壓力的作用下與閥座緊密貼合，并且圓盤邊緣為銳邊，對密封面上的物料起到刮削的作用，能夠阻止介質中的大顆粒物質進入密封面。在盤閥啟閉過程中，閥盤不僅圍繞主軸做圓弧形旋轉運動，而且由于閥座密封面對閥盤在切線方向上的摩擦力矩之差，使閥盤在一個啟閉循環過程產生自轉，從而使得閥盤每次接觸物料的點不同，在固體顆粒與密封件之間形成自研磨，對密封面具有良好的補償效果，使其在磨損、沖蝕物料上應用的過程不斷提高密封性，壽命要比其他閥門長。
盤閥分類
盤閥按照結構可分為單盤閥和雙盤閥。
1）單盤閥
單盤閥根據使用的情況可以分為單閥單盤與單閥雙盤。單閥單盤為單向密封， 適用于閥門關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），單閥雙盤可實現雙向密封雙向流動 。對于煤粉輸送單元，此單閥雙盤閥可代替雙向硬密封球閥來使用。由于盤閥外形尺寸比球閥較大，在工藝需要設置雙切斷閥的情況下，較大的占地空間給配管專業帶來了許多困難，如粉煤鎖斗進口與出口切斷閥、粉煤鎖斗壓力平衡閥。針對這種情況，可以采用雙盤閥結構。
2）雙盤閥
雙盤閥把 2 個盤閥裝配在一起以節約安裝空間和減輕質量，其也可分為雙閥單盤與雙閥雙盤。上下兩個閥盤能獨立進行開關動作，并實現密封。為了避免在使用過程中造成兩個閥盤之間的憋壓，采用雙盤閥時多采用雙閥雙盤結構。通常，閥體材質多采用 WCB 或 LCB，閥內件材質采用SAF2205。
二、煤粉切斷閥
在粉煤給料罐至氣化爐的氣體輸煤管線上，往往設置了粉煤切斷閥用于在事故狀態或裝置停車時切斷氣體輸煤管線往氣化爐的輸送。在正常工藝操作情況下，此閥為常開狀態，不需要操作，不像鎖斗閥一樣沖刷嚴重。通常儀表選型采用雙向金屬硬密封球閥。目前，此閥已經國產化，并已廣泛應用。通常，閥體材質采用 WCB，閥內件材質采用 316SS+噴焊硬質合金。
三、煤粉調節閥
煤粉調節閥在粉煤氣化中有著舉足輕重的作用。此調節閥安裝在粉煤給料罐與氣化爐燒嘴之間，用于調節進入氣化爐粉煤流量、是精確控制氣化爐氧煤比的關鍵設備，其性能優劣直接關系到氣化爐能否實現長期安全穩定運行。煤粉調節閥多為角閥結構，進出口流向夾角為 120 度。工藝介質從底部進入，側面流出，閥門為流開型，氣動執行機構倒置。通過改變閥芯開槽的遮擋面積，從而改變粉煤的流量。閥芯由閥桿拖動，用波紋管密封，閥蓋處有氮氣吹掃口，用于防止因煤粉沉積而引起的波紋管卡塞。通常閥體材質采用碳鋼 + 碳化鎢襯里，閥內件材質選用碳化鎢。
四、氧閥
在粉煤氣化工藝流程中，氧氣通過加熱，在與蒸汽混合后，在高溫高壓的條件下進入到氣化爐，與煤粉在氣化爐內部進行反應，生成合成氣。氧氣管線上的閥門發生任何外漏或者內漏情況，都會引發燃燒甚至爆炸的嚴重后果，更嚴重的還可能引起生命財產的重大損失。在停車時，安全儀表系統自動切斷氧氣切斷閥，并打開氧氣放空閥將管線內氧氣放空，并用高壓氮氣吹掃和保護氧氣管線。為防止氧氣進入到高壓氮氣吹掃管線，高壓氮氣吹掃管線上的切斷閥也需要按照氧閥的標準來進行設計。目前，氧氣調節閥的儀表選型均采用直行程 Globe 閥門，泄露等級為 ANSI CLASS V 級；氧氣切斷閥和放空閥普遍采用全通徑雙向金屬硬密封球閥，泄漏等級為 ANSI CLASSVI。氧閥應采用防火防靜電設計，做脫油、脫脂、脫水的處理，閥體及閥芯部件應光滑無毛刺、流道無銳角、無沖擊場合存在。閥桿應有特殊設計，保證閥桿不會發生偏斜，以防止閥門發生外漏。相比較而言，氧閥的材質是氧閥性能保證的重中之重。目前國標 GB 對于閥門材質的選用沒用明確的規定，廣大設計院普遍采用歐洲工業氣體協會標準（EIGA）的新標準 IGC DOC 13/12 中的規定來作為氧氣閥門材質選擇的依據。其中對于直通 Globe 閥，由于閥門流道迂回曲折，閥門材質應按照沖擊場合設計，通常選擇豁免材質。而對于切斷和放空球閥，盡管在工作時處于非沖擊狀態，但是在緊急切斷或打開的情況下，閥內件會引起過度的流速及紊流。通常材料的選擇應按照調節閥對待，同樣選擇豁免材料。如某國內大型項目上，進氣化爐燒嘴的氧氣操作壓力為 5.2MPaG，操作溫度為 180℃，根據 IGC DOC 13/12 中附件 4 豁免壓力與小厚度對照表，氧氣調節閥閥體采用Inconel 600，閥內件采用 Inconel 625。氧氣切斷閥和放空閥閥體和閥內件均采用 Inconel 600。
五、高壓 CO2、N2 切斷閥
在煤氣化裝置中，多用操作壓力為 6MPa 左右的 CO2、N2 作為粉煤介質的輸送氣體，其切斷閥多采用與氧氣閥門形式一樣的硬密封球閥。通常閥體材質為 WCB，閥內件為 316 不銹鋼 +stellite表面硬化處理。
六、高壓差放空閥
在粉煤氣化裝置正常生產時，需要保證粉煤給料罐與氣化爐之間保持一個穩定的壓差（約 0.7MPaG），使得煤粉能均勻地通入到氣化爐主燒嘴。此壓差是通過高壓差放空閥與另一個充壓調節閥由粉煤給料罐與氣化爐之間的壓差分程控制調節。由于此放空閥前后壓差大（從 4.8MPaG到大氣壓）、流速極快，再加上介質中存在煤粉顆粒，對閥門內件與閥后管道造成嚴重的沖刷，造成很大的安全隱患。如果此閥選擇直通式 globe 閥，由于閥門流道成“S”彎型，沖擊嚴重，即使閥門流道與閥內件采用硬化處理，在高速煤粉的沖刷下，閥芯與閥座仍然磨損嚴重，造成閥門喪失調節功能，無法正常使用。目前，據筆者調查以下兩種閥門使用效果良好。
（1）滑板閥
滑板閥由中間的滑板與兩端的夾板組成，閥桿帶動滑板在流體垂直方向上產生位移，從而改變流通面積來實現開關或調節功能。由于閥門采用直通式流道設計，將流體對閥腔的沖刷降到低，并且夾板、滑板均采用整體燒結硬質合金，硬度高，具有良好的抗沖刷、抗腐蝕性能。經過近年來國內多個項目的使用及跟蹤了解，滑板閥在粉煤給料廠高壓差放空工況下，免維修使用壽命不少于 18 個月，有效使用壽命接近 3 年 。
（2）全襯硬密封陶瓷 V 型球閥
工業結構陶瓷在強度上比普通閥門高很多，其主要材料為氧化鋯，硬度高于HRA86，比加工后的硬質金屬閥門的硬度 HRA70 還要高，因此工業陶瓷具有很高的耐磨性。在密封等級上，由于結構陶瓷具有自潤滑性，表面精度可達到 RA0.1 ～ RA0.4，密封比壓遠比普通的金屬閥門小，因此閥門啟閉時阻力小，可達到真正的零泄漏 VI 級。目前，隨著科技的不斷革新與發展，特別是陶瓷加工與成型等新技術的發展，陶瓷球閥已經廣泛應用于電廠的煙氣脫硫（FGD）裝置、飛灰、除渣以及燃燒（噴煤）系統、鋼鐵廠的燒結機脫硫（EPC）工程、垃圾焚燒的煙氣凈化、氯堿工業及廢水和固體廢除處理等行業中 [7]。V 型球閥具有直通式的流道設計特點，并且具有直通式 Globe 閥的等百分比流量特性與 1：100 的寬量程比。全襯硬密封陶瓷 V 型球閥結合了結構陶瓷與 V 型球閥的特點，可滿足此高壓差放空調節閥的需要。某國內大型煤化工項目選用陶瓷襯里硬密封 V 型球閥作為高壓放空閥，閥體材質采用碳鋼 + 陶瓷襯里，閥內件材質采用工業陶瓷。
近些年粉煤氣化項目在國內得到大力發展，于粉煤氣化的儀表特殊閥門是煤氣化項目能否長期平穩運行的關鍵。希望通過本文，給使用者在粉煤氣化選型時提供一定的參考。