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                         煤化工调节阀选用

                        上海申弘阀门有限公司

 之前介绍化工截止阀在三门峡化工机械应用，现在介绍煤化工调节阀选用随着煤化工项目在全国各地的建设和开车，煤化工在国民经济中的地位也越来越突出。由于煤化工工艺的特殊性，在生产过程中所使用的各类控制阀关乎着生产的平稳和安全，在煤化工项目中起着至关重要的作用。笔者根据多年的实践经验，对煤化工各个装置区的各类关键控制阀进行阐述和剖析，以供大家交流借鉴。煤化工是以煤为原料，经过化学加工，使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品，并生产出各种化工产品的工业。煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工，煤的焦化、气化、液化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等等。根据生产工艺与产品的不同主要分为煤焦化、煤电石、煤气化和煤液化4条主要生产链。其中，煤焦化、煤电石、煤气化中的合成氨等属于传统煤化工，而煤气化制醇醚燃料，煤液化、煤气化制烯烃等则属于现代新型煤化工领域。目前已成功地开发出对煤种适应性广、气化压力高、生产能力大、气化效率高、污染少的新一代煤气化工艺，主要有荷兰壳牌（shell）的粉煤气化工艺、德国克鲁伯-考柏斯（krupp-koppers）的prenflo工艺，美国德士古（texaco）和destec的水煤浆气化工艺以及德国黑水泵的gsp工艺等。

煤化工调节阀选用煤化工现阶段的主要产业链
    产业链1：煤制烯烃
    产业链2：煤制油
    产业链3：碳一化工（主要是甲醇）下游精细化工产品，以醋酸、甲胺及dmf、bdo、dmac、dmc为代表
    产业链4：传统的合成氨及焦化

煤化工工艺分类

煤化工阀门应用场合
    1）煤浆（粉）输送，包括水煤浆（间接液化）、油煤浆（直接液化）等
    2）吹灰系统
    3）废水处理系统
    4）排渣系统

煤化工行业阀门控制介质特点
    1）介质温度高，输送温度zui高可达350℃
    2）气液固三相流体工况复杂
    3）工作压力高，压差可达10mpa以上，导致介质流速高
    4）介质中含有氯离子、氨、钾盐、硫化氢或磷酸等强腐蚀介质

    一、锅炉装置区

    煤化工项目的锅炉给水压力16mpa，锅炉出产的蒸汽基本为9.8mpa、540℃，大部分用于拖动透平汽轮机，其余部分经过多次减压后供生产使用。所以锅炉装置区，给水控制阀和蒸汽减压阀非常重要，而且造价极高。煤化工行业用阀现状
    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，ag亚博网站的售后服务不及时，成为煤化工装置正常运行的“瓶颈”。
    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“卡脖子”设备。

    上海申弘阀门有限公司主营阀门有：ag亚博网站-ag亚博国际,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀,壳牌及gsp气化工艺粉煤气化炉用煤粉输送阀是气化炉前进料送料关键设备之一。流体为气固两相系统，固相浓度较高，采用普通阀门易引起流动不稳定或堵塞现象，高浓度输送（40-400kg/h）固体粉料采用气力输送，流量操作范围在50%-120%。公司针对介质压力及煤粉流量大小设计有大弯径单座式角阀及侧通径波纹管密封输送角阀，供不同工况条件的选择。
典型工况参数

阀门结构特点
▼采用波纹管及填料双重密封结构，防止煤粉进入阀杆导向部分，有效防止了阀杆卡死现象的发生；
▼阀杆配有防转板，有效防止阀芯的旋转脱开；
▼阀体内腔采用碳化钨硬质合金衬套或pta等离子堆焊wc合金，阀芯、阀座采用碳化钨硬质合金以提高抗冲刷性；
▼流量控制通过阀芯侧壁开槽的流量窗口来实现，流通能力大小根据用户需求设计，同时煤粉沿着锥形阀芯内壁滑下，进入下游管道设备；
▼阀体组件设计氮气吹扫装置，以保持煤粉不会沉积在阀体内腔及堵塞波纹管间隙中，同时要求氮气长期供应，只有在停车时才能停止；
▼进口管道与出口管道夹角120°；

    1、锅炉给水阀

    用于的控制汽包液位，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zui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，zui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zui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。但是阀杆和阀塞的连接还要避免通过销钉和螺纹，是整体或焊接方式。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。

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。这里介绍一种平衡式阀芯，可以克服大压差下阀门控制。

    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。典型的阀门是欧宾诺斯的三杆阀，阀门具有防火功能，高温下，阀座软密封破坏后，其阀座与阀板形成第二道密封，保证气体不泄露。概述
    偏心旋转阀因流通能力强、可调比大、流道简单、防堵能力强等特点，因此常用于水回收系统的灰水或黑水控制上。根据灰水颗粒成分及压差，通过现代计算流体软件（cfd）的模拟分析，设计了低流阻，耐冲刷球芯型面及适应小开度调节的型腔及球芯型面。设计的具有知识产权的三类特殊结构，可以采用pta等离子堆焊特殊硬质粉末合金、hvof超音速火焰喷涂技术，也可选用烧结wc技术，大大提高阀内件及阀体的耐冲刷能力，完够适应更加广泛的苛刻的使用条件。
典型工况参数

阀门结构特点
    灰水偏心阀具有锻件阀体结构、铸件阀体结构两类，并具备法兰式及对夹式两种形式，可实现60°转角及90°转角。锻件阀体可很好的进行超音速喷涂、等离子堆焊等工艺操作，硬化层与基体材料结合力强，适用于固体含量大场合，铸件阀体易于成型，适宜固体颗粒小、含量少、压差低的灰水工况。阀芯、阀座可采用等离子堆焊镍基wc(wesc03)、超音速喷涂wc(wesc01)、整体实体wc等工艺方式。产品结构经过cfd流体分析软件进行了不同开度下流体参数分析，可有效避免薄弱环节的冲刷。

    煤化工琐渣、锁斗阀及冲洗水阀的介质为含用固态矿渣和灰分的高温渣水，不但对阀体的流道具有较大的冲蚀，对阀门的球体及阀座等动部件及密封面冲蚀和磨蚀更大，要求阀内件必须经过高技术的硬化处理使阀门具有较高的耐磨性能。产品除了考虑硬化材质硬度外，更重要的考虑到硬化工艺，以达到除了硬度指数以外的其它指数达到要求，如：厚度、与基材结合力度、在温度骤变工况的硬度值及结合力、局部超大压力因素、局部大颗粒因素。由于集渣和排渣的周期为30分钟，因此在正常生产中该阀的开关次数频繁，高压到低压，高温到低温的交替变化较大，要求阀门除标准产品具有非常好的使用寿命和较高的密封等级外，更要考虑完全满足严酷工况的设计和制造，检测工艺。

阀门结构特点
    1.阀体结构为两片全通径、金属密封固定球式球阀，整体式法兰。作为固定球的结构，当上游介质超大压力作用在球体上时，大部分应力会经轴枢及时消解于阀体及管线上，其它作用于阀杆的应力则会消解于阀杆上下轴套，延长阀门的使用寿命，尤其在锁斗阀的应用上，因开关频繁，若采用浮动球，则阀杆与阀球连接处容易损坏。由于固定球的密封是靠阀座后的弹簧驱动形式密封面，若介质中含有大量的颗粒，这些颗粒若卡在阀球与阀座间，固定球结构可避免阀门被卡死的现象。
    2.阀座后采用弹簧压载，进一步加强密封作用，即使在小压差工况下，确保足够的密封比压。阀球所承受的介质压力并不作用在阀座上，即阀座不承受支撑阀球的作用，延长了阀座的寿命。
    3.阀座密封特点：

      1）球阀为双向金属密封，密封等级满足ansi fci 70-2 class vi标准；
      2）阀座采用与阀球同样的硬化工艺，其平均硬度达到63hrc，阀座后采用碟型合金弹簧助力，在确保密封性能的同时能避免弹簧前后聚集颗粒异物，同时也避免了柱状弹簧由于腐蚀或进入颗粒而发生推力不均匀，使阀门发生泄漏。
      3）金属阀座特殊刮刀设计（scraper action），阀座采用特殊的刮刀环设计，阀门动作时，能刮擦沾粘在阀球上的颗粒介质，避免异物刮伤密封面，同时锋利的边缘可对结焦或结块，体积较大的煤渣切断。阀座后部设计成尾翼式，使阀座后不会存留介质；
      4）阀座、阀球经过数控设备的配对研磨，除确保精密的密封面外，在阀球表面产生大于阀座面积的相应密封面，提高密封面的使用寿命；
      5）关于阀门安装方式对阀座的影响。由于锁斗阀采用垂直安装，对于固定球结构，阀球所承受的介质压力及阀自重作用力对阀座产生的影响较小，在垂直安装的时候，建议执行器加有支撑，但阀球及执行机构的自重及阀门开动、关闭时产生的侧向冲击力仍然会作用在阀轴上，阀门阀杆上下均有保护轴枢护套，从而消除了作用在阀杆上的不平衡力，避免阀杆填料承压受到破坏，也避免因阀杆受不平衡力增大挠度而导致扭矩增大，直至阀门无法打开。
    4.阀杆的密封特点：
      1）阀杆密封为双层密封设计，阀杆上下均有轴套，避免颗粒介质进入填料，弹簧加载阀杆密封填料盒，自动补偿由于介质温度压力变化引起的阀杆密封比压的变化。
      2）阀杆对外泄露等级远远超过ta-luft(vdi 2440last edition)，以及epa对外排放标准。阀杆采用防喷本质安全设计，并带有防静电环。
    5.材料选择及硬化处理方式：
      锁渣阀和冲洗水阀门阀体采用锻造低温碳钢，astm标准为：astm a350 lf2材料各种指标远优于普通铸造阀体astm a216 wcb，相比铸件而言，阀体缺陷少，同时阀门的力学延展性好，能充分克服因阀门频繁动作而产生的应力冲击。阀球、阀座、阀杆采用双相钢，同时阀体与阀球及阀杆均为锻件，整体阀内件的热膨胀系数相近，同时根据具体工况参数，进行了相应特殊部件间膨胀间隙计算，在此基础上进行精密的机加工，有效防止了在高、低温和高低压变化的情况下阀门抱死的现象。阀腔内壁与阀座接触部分焊接双相钢耐磨层，阀体流道内部安装可更换耐磨衬套，衬套整体双相钢材质，无须拆卸工具，可有效耐受煤气化热炉渣的冲蚀、磨蚀和腐蚀。阀杆采用双相钢，阀球、阀座和阀杆采用碳化钨涂层硬化处理。阀球、阀座和阀杆材质选用双相钢，材料代号为x2 cinimon 2252,astm 标准astm a582 gr.430f。在双相钢基材上进行硬化处理。

结构原理
    本控制阀主要有耐磨球阀和执行机构（气动、电动、电液动）两大部件组成。在执行机构的驱动下形成阀门开启或关闭的动作原理，耐磨球阀的结构及原理如下：
    1.耐磨球阀主要有左右对开阀体、阀座、阀芯部件、阀座压圈、定位轴套、阀座填料函和自动吹扫装置等零部件组成。其特征在于：左阀体和右阀体组成对开始结构；整体阀芯部件由球体与阀杆及导柱一体化组成，不但保证了同心度而且消除了阀杆与球体的连接的间隙误差。
    2.采用固定球、浮动阀座，左右阀体内设填料函实现阀座密封。利用阀座压圈可调、碟簧弹力补偿原理和填料自身回弹率，使阀座紧贴球体，达到无间隙，防止杂质进入密封副，并实现万向自由活动与密封要求。提高密封副的密封效果并减少了磨损，延长了阀门的使用寿命。
    3.耐磨球体表面与阀座密封采用新材料、新工艺，材料用镍、铬基合金喷焊熔接密封面，厚度不小于1mm，从而提高了密封面硬度（可达hrc68-72），达到耐磨、耐腐蚀、耐冲刷性。
    4.设计独特自动吹扫装置，它与阀门开/关形成过程中同步实现自动吹扫功能，不需要其他控制元件。阀座处设有弹性刮渣机构，阀芯转动时将沉积在球体表面的杂志清理，保持球体无粘着；与划伤现象，减少泄露，提高阀门的使用寿命。
    综上所述，本阀密封副的密封面采用镍-钴基合金熔焊层，具有耐高温、耐腐蚀、耐冲刷等性能。阀座内含填料采用锲形增加机构调整，使填料的压紧力受到控制。浮动阀座在碟簧的作用下实现万向浮动或摆动，此密封的设计合理先进，无论阀门在低压、高压、真空及高温下都能良好的实现密封。阀门设置自动吹扫系统，解决了阀门在启闭时介质易进入密封副的难题，减少密封副的磨损，延长阀门的使用寿命。该阀特别适用于焦化、煤粉等严苛工况的工业自动控制。
    该阀门也可根据特殊工况，阀体与球体流道采用镶内衬套的方式，有效地增强了阀门的抗磨损性。

插板阀cb643

    cb643气动插板阀主要应用于煤化工煤粉原料的气体输送和反应尾气的回收工艺管线上，同时也可应用于其他泄露要求不高的颗粒状物料传送、环保工艺管线等场合使用。

阀门结构特点
    1.阀体部件采用板材、管材、型材等原材料进行焊接加工，便于采购、组织生产；
    2.阀板采用碳钢板或不锈钢加镀铬，提高表面硬度。氮气吹扫、导流槽设计；
    3.阀体多级填料密封机构设计；
    4.金属阀座全接触密封，提高泄露等级；
    5.采用外置安装行程开关，可有效提高开、关信号控制，便于安装、更换和维修。

    三、气化装置

    气化装置zui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。目前气化炉有德士古、gsp及四喷嘴水煤浆炉。

    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，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，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：1、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2、阀座蝶型弹簧材质上的选择，建议选择高速钢如：skh-23；3、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。1、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；2、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

    与上面煤粉系统选择的球阀一致，不再重复。

    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1、温度，低温阀门材料选型注意使用304l或316l；2、腐蚀介质如含硫化氢的，除316l外可高选317l或双相钢材质；3、对于含毒性大或有强刺激的介质可选用波纹管密封型式；4、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。

    综述，目前阀门基本分为九大类：1、单座阀2、双座阀3、角阀4、隔膜阀5、球阀6、蝶阀7、套筒阀8、偏心旋转阀9三通阀。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，由于篇幅的问题不再一一叙述。与本文相关的产品有： 化工过滤器使用及维护