Nov. 2011現(xiàn)代化工.第31卷第11期68.Modem Chemnical Industry2011年11月粉煤氣化粉煤輸送單元閥門應(yīng)用及改進(jìn)路文學(xué)',龔欣',劉珂”(1.華東理工大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,.上海200237;2.水煤漿氣化及煤化工國(guó)家工程研究中心,山東滕州277527)摘要:針對(duì)粉煤氣化粉煤輸送單元閥門經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)漏和卡澀的現(xiàn)象,分析了閥門發(fā)生故障的原因和機(jī)理,提出--些特種閥門的結(jié)構(gòu)形式并加以應(yīng)用。中試裝置3年的運(yùn)行情況表明，通過(guò)對(duì)球閥的改造和采用新型結(jié)構(gòu)閥門,有效地降低了故障發(fā)生的頻率,保證了粉煤氣化粉煤輸送單元的長(zhǎng)周期運(yùn)行。關(guān)鍵詞:硬密封球閥;文丘里角閥;盤閥;內(nèi)漪中圈分類號(hào):TP214文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0253 -4320(2011)11 -0068 -05Application and modification of pulverized coal transportation elementin pulverized coal gasification unitLU Wen-xue', GONG Xin', LIU Ke2(1. School of Resources and Envronmental Engineering, East China University of Science and Technology ,Shanghai 200237 , China; 2. National Engineering Research Center for Coal Slurry Gasifcation and Coal Chemicals ,Tengzhou 277527, China)Abstract: According to frequent phenomena of intemal leakage and jamming in valves of conveying unit ofcauses and mechanism of valves faults. Experimental results show that the faults are efetively reduced by remolding ballvalve and adopting new valve structure, which ensures a long period nunning of conveying unit of pulverized coalgasification system.Key words: hard sealing ball valve; venturi angle valve; poppet valve; intemal leakage兗礦集團(tuán)、華東理工大學(xué)、中國(guó)天辰工程公司共關(guān),分析了閥門發(fā)生故障的原因和機(jī)理,聯(lián)合有關(guān)廠同承擔(dān)國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863"計(jì)劃)項(xiàng)目家試制出一些特殊結(jié)構(gòu)的閥門,在水煤漿氣化及煤(2008AA050301)“高灰熔點(diǎn)煤加壓氣流床氣化”，化工國(guó)家工程研究中心中試裝置上進(jìn)行應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)以兗礦開陽(yáng)化工有限公司年產(chǎn)50萬(wàn)t合成氨項(xiàng)目表明,通過(guò)對(duì)球閥的改造和采用新型結(jié)構(gòu)的閥門,有為依托,在貴州開陽(yáng)建設(shè)日處理煤1 000 t級(jí)粉煤加效地降低了故障發(fā)生的頻率,保證了粉煤氣化煤粉壓氣化示范裝置,實(shí)施高灰熔點(diǎn)煤的氣流床粉煤加輸送單元的長(zhǎng)周期運(yùn)行。壓氣化技術(shù)工業(yè)化示范?！案呋胰埸c(diǎn)煤加壓氣流床1粉煤氣化煤粉輸送 單元簡(jiǎn)介氣化”項(xiàng)目包括實(shí)驗(yàn)室研究、中試研究和工業(yè)化示范3部分內(nèi)容。其中,中試研究建設(shè)了1套日處理煤粉輸送是將煤粉由常壓煤粉儲(chǔ)倉(cāng)經(jīng)粉煤鎖斗30 t煤水冷壁粉煤加壓氣化裝置,進(jìn)行氣化爐開發(fā)輸送至粉煤發(fā)料罐的過(guò)程,一般采用煤粉鎖斗變壓實(shí)驗(yàn),完成了北宿煤、鮑店煤、南屯煤和貴州田壩煤(0~4.6MPa)操作形式,將粉煤分批次地從常壓粉4個(gè)煤種和1個(gè)混配煤種的試燒任務(wù),完成了工業(yè)煤倉(cāng)送至恒壓(4.6 MPa)粉煤發(fā)料罐中。規(guī)模大管徑煤粉輸送實(shí)驗(yàn)工作。工業(yè)示范裝置包括1.1 中試裝置煤粉輸送粉煤制備、粉煤供料與輸送、氣化框架和渣水處理4在中試裝置(圖1)中,煤粉鎖斗采用單系列,即個(gè)工段。1個(gè)煤粉儲(chǔ)料罐、1個(gè)煤粉鎖斗、1個(gè)煤粉發(fā)料罐,設(shè)針對(duì)粉煤氣化粉煤輸送單元經(jīng)常出現(xiàn)故障,兗備間通過(guò)閥門進(jìn)行控制,圖1為煤粉輸送單元集散礦集團(tuán)華東理工大學(xué)、中國(guó)天辰工程公司聯(lián)合攻控制系統(tǒng)( DCS)控制畫面。中國(guó)煤化工收稿日期:2011-05-25基金項(xiàng)目:國(guó)家*863".計(jì)劃項(xiàng)目(2008 AA05O301 );兗礦集團(tuán)2008年科技研發(fā)項(xiàng)目(08 -27)MYHCNMH G作者簡(jiǎn)介:路文學(xué)(1974-).男,博七生,高級(jí)工程師,從事煤氣化及煤化工開發(fā)工作,0632 - 2362727 ,luwenxue@ sina. com;龔欣( 1959- ),女，教授,博士生導(dǎo)師,主要從事氣流床煤氣化過(guò)程與技術(shù)研究開發(fā)通訊聯(lián)系人,021 -62521.gngin@ eoue. edu. cn。2011年11月路文學(xué)等:粉煤氣化粉煤輸送單元閥門應(yīng)用及改進(jìn)69.n.12EEWV.125W2m一----W.12210圖1中試裝置煤粉程控示意 圖.1.2工業(yè)示范裝置煤粉輸送工業(yè)示范裝置煤粉輸送系統(tǒng)包含2套鎖斗系煤粉輸送單元示意圖見圖2。統(tǒng),由1套順控邏輯自動(dòng)控制系統(tǒng)控制,2套鎖斗交替運(yùn)行，每個(gè)鎖斗的循環(huán)周期約30 min。單個(gè)鎖斗煤粉儲(chǔ)罐的運(yùn)行過(guò)程共分5步,下面以A系列鎖斗運(yùn)行舉例說(shuō)明。第1步:鎖斗受料。按程序打開粉煤鎖斗受料閥1,鎖斗開始受料,待鎖斗料位達(dá)到高料位要求時(shí),關(guān)閉鎖斗受料閥1,粉煤鎖斗受料完畢。第2步:充壓。打開鎖斗充壓閥8對(duì)鎖斗進(jìn)行喝3充壓,待鎖斗壓力達(dá)到要求后,關(guān)閉鎖斗充壓閥8,一要(12)鎖斗充壓結(jié)束。第3步:鎖斗等待。將鎖斗壓力調(diào)節(jié)閥7投人1.2,3,4- 媒粉切斷閥;5.6-平衡閥;7- 鎖斗壓力調(diào)節(jié)閥;8-鎖斗沖壓/放空閥;9-發(fā)料罐 放空閥;10-煤鎖斗 A;自動(dòng)調(diào)節(jié),保持罐壓等待下料。11-媒鎖斗B;12-發(fā)料罐第4步:鎖斗下料。打開粉煤鎖斗下料閥3、平圖2 煤粉輸送單元示意圖衡閥5開始下料,待鎖斗料位開關(guān)低報(bào)警時(shí),關(guān)閉(上接第67頁(yè))200.55(2):411 -419.[4]昌術(shù)森,陳雪莉,擴(kuò)鎖.應(yīng)用電導(dǎo)探針測(cè)定鼓泡塔內(nèi)氣泡參數(shù)[8] SonS M, KangS H, Kim U Y,et al. Bubble properties in three[J].化學(xué)反應(yīng)工程與1藝2003.19(4) :344 -351.phase invene fuidized beds with viscous liquid medium[ J]. Chem5]王麗雅.庀華潔,宋景禎,等商氣速卜鼓泡塔內(nèi)氣含率分伯的Eng and Proe .2007.46(8) :736 -741.測(cè)定[J].化學(xué)反應(yīng)L程與I藝206.2(1):1-6.9」Van Der Welle R. Void fraction, bubble velocity and bubble size in[6] Rampure M R. Kulkami A A. Ranade V V. Hydrodynamics of bub-two-pl中國(guó)煤化工18.1(3):317-1ble column reactors at high gas velocity :Experiments and computa-345.tional fluid dynamics ( CFD) simulations[J]. Ind Eng Chem Res ,[10]張炎,MYHCNMHG遞系數(shù)的影響{J].應(yīng)2007 ,46(25) :8431 - 8447.用化I ,2005 ,12( 12):734 -740.[7] Kang Y .ChoY J, Woo K J.et al. Bubble properies and pressure11]馮諾,李化沒(méi).聲化學(xué)及其應(yīng)用[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版fluctuations in pressurized bubble columns[J]. Chem Eng Sci,社t,1992. ■.●70現(xiàn)代化工第31卷第11期鎖斗下料閥3、平衡閥5,鎖斗下料結(jié)束。閥座采用刮刀設(shè)計(jì)。填料材質(zhì)為柔性石墨。閥門泄第5步:鎖斗瀉壓。打開鎖斗放空閥8,將鎖斗漏等級(jí)為ANSI B16.104 Class VI,閥門耐壓分級(jí)瀉壓至常壓,鎖斗瀉壓結(jié)束。5. 0 MPa。至此A鎖斗完成了1個(gè)循環(huán)周期。2.3 粉煤鎖斗和發(fā)料罐壓力放空調(diào)節(jié)閥2.3.1操作條件2閥門操作條件及選型操作介質(zhì)為氮?dú)鈯A帶少量煤粉,正常工況為2.1粉煤切斷閥0.1 kg(煤粉)/m' (放空氣) ,介質(zhì)流速較高(最高時(shí)2.1.1操作條件為超音速) ,煤粉的粒度為90%小于60 μm, 100%操作介質(zhì)為煤粉和氮?dú)?介質(zhì)質(zhì)量濃度為小于90 μm。200 ~600 kg/m' ,煤粉的粒度為90%小于60 μm,操作溫度60 ~ 100C ,操作壓力4.0~5.0 MPa,100%小于90 μm。閥門的最大承壓5. 0 MPa,正常運(yùn)行時(shí)閥門前后差操作溫度60 ~ 100C,操作壓力0.05 ~5.0壓為4.0~5.0 MPa。MPa,閥門的最大承壓5.0 MPa,開啟和關(guān)閉時(shí)差壓2.3.2閥門的選型為0.3 MPa左右,正常運(yùn)行時(shí)開關(guān)頻率為40次/d。該部分閥門的操作條件特殊,即氣體夾帶少量2.1.2閥門的選型煤粉高速流過(guò)閥門,對(duì)閥i ]的磨損較為嚴(yán)重,在粉煤針對(duì)該部分閥門的操作條件,考慮到煤粉的黏氣化中試裝置中采用的是金屬硬密封的單座調(diào)附和磨蝕特性，粉煤氣化中試裝置設(shè)計(jì)中采用的是節(jié)閥。金屬硬密封球閥。閥體形式為單座,閥門采用防火防靜電處理。閥體形式為球閥(固定球)。閥體材質(zhì)為碳鋼,閥座形式為金屬硬密封。閥體材質(zhì)為ASTM A216閥體與介質(zhì)接觸部分覆蓋焊Duplex SS SAF . -2205 ,WCB。閥芯材質(zhì)為ASTM A182 316/司太萊合金。機(jī)械加工后雙相鋼厚度≥3 mm。閥球材質(zhì)為Du-填料材質(zhì)為PTFE。閥座材質(zhì)為ASTM A182 316/司plex ss SAF - 2205 ,堆焊司太萊合金SF - 20,機(jī)械加太萊合金。閥門泄漏等級(jí)為ANSI B16. 104工后司太萊合金涂層厚度≥0.6 mm。閥座材質(zhì)為ClassIV。Duplex ss SAF-2205 ,閥門采用防火防靜電處理,閥3閥門故障及原 因分析座采用刮刀設(shè)計(jì)。填料材質(zhì)為柔性石墨。閥門泄漏等級(jí)為ANSI B16. 104 Class VI,閥門耐壓5.0 MPa。3.1常見問(wèn)題2.2粉煤鎖斗 放空氣及平衡氣管線上的閥門作為消耗品的特種閥,由于價(jià)格、性能、服務(wù)和2.2.1操作條件供貨周期等方面的原因,產(chǎn)品需要實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化"。操作介質(zhì)為放空氮?dú)鈯A帶少量煤粉,正常工況,目前國(guó)產(chǎn)的金屬硬密封鎖渣閥已成功應(yīng)用在水煤漿為0.1 kg(煤粉)/m'(放空氮?dú)? ,介質(zhì)流速較高(最氣化裝置的渣水鎖斗上,并已逐步取代了進(jìn)口閥門。高時(shí)為超音速)。但從粉煤氣化裝置的運(yùn)行情況來(lái)看,國(guó)產(chǎn)閥門使用操作溫度60 ~ 100% ,操作壓力4.0~5.0 MPa,效果不理想。閥門的最大承壓5.0 MPa,正常運(yùn)行時(shí)閥8前后差粉煤氣化煤粉輸送單元閥門操作條件惡劣,閥壓為4.0 ~5.0 MPa, 閥5、6前后差壓為2.0 ~門動(dòng)作頻繁,在運(yùn)行中閥門故障率較高,使用壽命較2.5 MPa。短，已經(jīng)成為制約粉煤氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要2.2.2閥門 的選型因素(2]。煤粉切斷閥采用的是金屬硬密封球閥,球粉煤氣化中試裝置設(shè)計(jì)中采用金屬硬密封閥出現(xiàn)了卡澀和憋壓的現(xiàn)象;鎖斗罐和發(fā)料罐的壓球閥。力放空調(diào)節(jié)閥則因介質(zhì)流速較高,閥門極易磨損;國(guó)產(chǎn)球閥與調(diào)節(jié)閥均逐漸出現(xiàn)了內(nèi)漏現(xiàn)象。閥體與介質(zhì)接觸部分覆蓋焊Duplex sS SAF -2205 ,3.2原因分析中國(guó)煤化工3.2.1閥門plex ss SAF -2205并堆焊司太萊合金SF -20,機(jī)械在工業(yè)YH. CNMHG生主要有2個(gè)加工后司太萊合金涂層厚度≥0.6 mm。閥座材質(zhì)原因:一是密封面硬質(zhì)合金之間的黏結(jié);二是介質(zhì)對(duì)為Duplex ss SAF -2205 ,閥門采用防火防靜電處理,密封面的沖刷(3] ,大部分的閥門內(nèi)泄漏都是這2個(gè)