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    重慶普惠斯調節閥
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    調節閥技術文檔

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    煤粉氣化裝置中氣固雙相流調節閥的故障分析與改進

    類別:調節閥 | 作者:王潔 施建設 | 發布日期:2018-08-08 14:28:10

        氣流床煤粉氣化工藝具有單爐生產能力大、效率高、運行周期長、運行和維護費用低等特點。但多年來運行實踐表明該工藝裝置要保證長期穩定運行需要解決諸多問題,其中氣固雙相流調節閥長期以來依賴進口,一直是國產化的重點、難點。

    重慶普惠斯閥門

    1、煤粉流量控制閥

    1.1 結構特點 copyright cqphs.com

        目前常用的煤粉加壓氣化技術一般采用正壓氣流進行煤粉輸送,其流程特點為介質磨損大,煤粉流量變化大,使用壓差變化廣,同時要求煤粉流速在一定范圍內波動,煤粉在管道中的流態要盡量保持穩定。干煤粉氣化裝置的煤粉流量調節閥主要用來控制進入氣化爐的煤粉流量,保證并穩定氣化爐的氧煤比。

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        從國內使用的幾套裝置來看,煤粉流量調節閥的公稱直徑為40~65mm,壓力等級為10.0MPa,密封等級為IV級,介質為N2(CO2)+煤粉,采用直行程執行器驅動,流量特性為近似等百分比。其安裝方式為倒置安裝,閥門結構形式為角式調節閥,閥門進口垂直向下,出口與進口夾角為120°斜向下。閥芯為杯狀結構,杯口向上,其側壁開槽。閥門上部進口流入的煤粉垂直落入閥芯杯口,通過閥芯側壁的開槽,斜向下流出閥門,煤粉流量控制閥結構如圖1所示。

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        工作中,閥芯通過上下移動改變閥芯側開槽的遮擋面積,從而改變煤粉流量。閥芯由閥桿拖動,閥桿用定位槽防止轉動,采用波紋管密封防止煤粉外漏,閥蓋加吹氣用來防止因煤粉沉積而引起的波紋管卡澀。閥體內襯和閥芯均采用碳化鎢防止磨損。

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    煤粉流量控制閥結構 內容來自cqphs.com

    圖1 煤粉流量控制閥結構

    重慶普惠斯

    1.2 使用情況和改進建議

    重慶普惠斯

        目前正在使用中的大型煤粉氣化裝置上的煤粉流量控制閥出現的主要問題為波紋管易損壞和閥內件易被沖損,如圖2和圖3所示。

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    波紋管損壞

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    圖2 波紋管損壞

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    閥內件損壞

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    圖3 閥內件損壞 copyright cqphs.com

        當閥門波紋管損壞后,煤粉會很快進入閥桿和執行機構的內腔中,在很短的時間內就把整個閥門卡塞住不能動作,同時煤粉在閥門的密封處慢慢往外泄漏。 cqphs.com

        對于部分波紋管的損壞,經閥門解體發現,在波紋管和閥蓋處沉積了大量煤粉導致閥門動作難以到位,如果一味地提高氣源來提高閥門執行機構的推力,容易導致波紋管伸縮困難,使得波紋管產生裂紋并損壞。對于此類問題,應該在閥門動作前就開始啟用閥蓋上的吹氣裝置,在閥門停止工作后才能關閉,防止煤粉大量沉積在閥蓋處,損壞波紋管,吹掃氣體壓力應略高于載氣壓力,吹掃氣量范圍為200~300L/min。 本文來自重慶普惠斯閥門

        由于輸送的煤粉為氣、固兩相,經常存在著螺絲釘、焊渣等雜物,此類雜物因為重力作用很容易掉入調節閥的閥芯內無法排除,在閥門上、下運動過程中直接損壞波紋管,為了避免該類雜物引起閥門的損毀,可在閥門的中腔加一道防止異物的隔板,隔絕雜物進入閥蓋,使雜物在閥蓋吹掃氣的作用下排出閥體,如圖4所示。 本文來自重慶普惠斯閥門

    防異物卡澀的閥門裝配 重慶普惠斯

    圖4 防異物卡澀的閥門裝配(示意)

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        煤粉流量控制閥的內件為耐磨性能良好的碳化鎢,價格昂貴,在實際使用過程中,如果煤粉中夾帶雜物較大,會直接卡塞在閥芯處,導致閥門內件的損壞。對于此類閥門故障,除了要求在配煤過程中加強監管以外,還得從閥門的成本上加以研究。為降低閥門成本,建議部分閥體流道內襯可使用其他陶瓷代替,陶瓷的物理機械性能對比如表1所示。 重慶普惠斯

    表1 幾種陶瓷的物理機械性能對比 重慶普惠斯

    幾種陶瓷的物理機械性能對比表

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        從表1可以看出,和碳化鎢相比,增韌氧化鋁(Al2O3—TiC)或氧化鋯陶瓷的硬度接近或高于碳化鎢;斷裂韌性指標雖然劣于碳化鎢,但其斷裂韌性指標優于其他陶瓷,且其成本低,易加工,因此可以考慮用增韌氧化鋁或氧化鋯代替碳化鎢制作閥門的耐磨內襯,降低閥門成本。國內其他行業已經有陶瓷替代碳化鎢的閥門出現,使用效果良好。   本文來自重慶普惠斯閥門

    2、煤粉進料罐放空調節閥

    2.1 使用現狀

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        煤粉進料罐放空調節閥是煤粉氣化工藝中的關鍵設備,其上游是5MPa的煤粉進料罐,下游直接將氣體排空。放空調節閥主要作用是調節煤粉進料罐的壓力,保證煤粉進料罐與氣化爐的壓差維持在一個適當的范圍,此閥門一旦出現問題將導致煤粉進料罐的壓力無法正常調節,氣體泄漏量大,浪費嚴重。如果放空氣大量泄漏,會導致整個氣化裝置無法平穩操作。 本文來自重慶普惠斯閥門

        煤粉進料罐放空調節閥長期工作壓差為4.8~5MPa,公稱直徑為40~80mm,公稱壓力為10.0MPa,介質為N2(CO2)+煤粉,在小開度(5%~10%)下長期工作,密封等級不低于V級。 重慶普惠斯閥門

        目前各個煤粉氣化裝置的高壓差氣固兩相流放空調節閥主要采用進口球形調節閥、凸輪型調節閥以及套筒調節閥。此類閥門普遍存在使用壽命短的問題,導致此類閥門損壞的主要原因是閥芯、閥座密封面沖刷嚴重而密封失效,或者煤粉進入密封面、閥桿導致閥門卡死無法開關。

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    2.2 改進建議 copyright cqphs.com

        煤粉進料罐放空調節閥主要用來調節煤粉給料罐的壓力,介質為氣固兩相,在放空時會嚴重沖刷閥門的密封面和閥內件,磨損性強,需要兼顧調節和密封兩大性能。對于此操作要求并結合介質特點,該閥的國產化方向應主要為:①提高調節背壓;②選用耐磨材質的閥內件;③設計節流面與密封面分離的結構;④分段降壓,多級節流;⑤改變閥門內部結構,不采用閥門內部有流體流向變化的閥門結構。

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    結合其他行業相似工況,比較可行的方案是在選取適當耐磨材質的基礎上,采用直通、多孔多級降壓形式結構,多種手段并舉的措施來滿足操作條件下的長周期使用。 重慶普惠斯

    3、結束語

        煤粉氣化工藝裝置中的特種閥門種類較多,本文僅針對煤粉輸送管線的煤粉流量調節閥和煤粉進料罐的高壓差放空調節閥,通過分析在役閥門的結構特點和故障產生的原因,總結其使用現狀,提出相應的改進或使用建議,使得確保煤粉氣化裝置能長周期平穩運行。

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