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陶瓷閥門在SCGP粉煤加壓與輸送單元的應用

作者:東玻陶瓷閥 添加時間:2016/10/8 10:39:20 瀏覽:

  工況介紹
  殼牌煤氣化工藝SCGP(Shell Coal GasificationProcess)是干煤粉加壓氣化潔凈煤技術的一種,具有適用原料煤種范圍廣,煤氣化效率高,運行周期,單爐生產能力大,環境污染小等特點,主要用來制氫、合成氨和制甲醇等[1],SCGP 以干煤粉為氣化原料,純氧為氣化劑,高壓N2 或CO2 為輸送氣,液態排渣,主要分為磨煤及干燥單元、粉煤加壓與輸送單元、氣化單元、除渣單元等。其中粉煤加壓與輸送單元作為將煤粉從常壓系統輸送到高壓系統的過渡單元,需要頻繁的充壓、泄壓操作,對閥門的耐磨性、密封性都有較高要求。
  工藝流程
  SCGP 粉煤加壓與輸送單元工藝流程示意圖如下圖 所示
SCGP 粉煤加壓與輸送單元工藝流程示意圖

SCGP 粉煤加壓與輸送單元工藝流程示意圖
  該單元的粉煤貯倉為低壓系統,粉煤給料罐與氣化爐相連,為高壓系統,粉煤鎖斗連接粉煤貯倉和粉煤給料罐,壓力在常壓和高壓之間交變。干燥煤粉從
  粉煤貯倉通過重力作用進入粉煤鎖斗,達到料位后,關閉鎖斗切斷閥,將其與所有的低壓設備隔離,用高壓N2 將其壓力升至與粉煤給料罐平衡,再打開煤鎖
斗與煤進料罐之間平衡管線的高壓平衡閥。一旦粉煤給料罐達到低料位,打開鎖斗排料閥卸料。卸料完畢后,將鎖斗與粉煤給料罐隔離,壓力通過泄壓管線分兩次卸至接近常壓,然后打開鎖斗上部的鎖斗切斷閥及低壓平衡閥(9),接受粉煤貯倉的煤粉,鎖斗充裝完畢后,再次充壓,等待下一次的卸料信號。
  操作條件
  該單元閥門的操作介質為煤粉加高壓N2。操作溫度80 ℃~130 ℃,操作壓力常壓~4.7 MPa。鎖斗主管線以及平衡管線閥門的動作壓差≤0.3 MPa,泄壓管線
  上閥門動作壓差最大4.7 MPa,關閉壓差最大4.7 MPa,動作頻率2 次/h。閥門的口徑從DN40 mm 到DN300 mm,壓力等級均為Class600。為保證系統的可靠性,重要位置一般都采用硬密封球閥雙閥串聯的方案。
  煤粉鎖斗閥及平衡閥的技術要求
  鎖斗閥和平衡閥的密封性能關系著整個裝置能否進行正常的充壓、泄壓操,要求閥門密封面能夠承受開關過程中煤粉的磨損和沖刷,能保持長久可靠密,要求為嚴密關斷切斷閥(TSO 閥門),泄漏等級在EN12266-1RateC 或ANSI Class VI 的級別。閥門如果出現嚴重內漏,將導致煤鎖斗不能正常充壓,無法向給料罐正常下煤;或者給料罐向煤鎖斗竄氣,無法向氣化爐正常給料。閥門的使用壽命要求開關動作20 000 次以上,動作時間小于10 s。
  原選用的硬密封球閥的使用情況及故障分析
  某公司煤直接液化制氫裝置中,粉煤加壓與輸送單元共安裝進口浮動球和固定球球閥40臺,從2009 年至2012 年,共維修133 次。高壓平衡管線共安裝16 臺閥門,維修53 臺次,年均每臺閥維修1 次。其他工位閥門共維修80 次,年平均每臺閥維修0.8 次。大部分故障都是閥桿斷裂、碟簧翻轉、閥座卡滯、內漏、連接件斷裂、連接變形、執行機構磨損等嚴重故障。
  分析原因,除閥門本身設計制造方面的因素外,還與重要工位兩個雙向密封硬密封球閥串聯的配置有關。在閥門出現內漏、外漏、開關不到位時,這種配置方式會導致在煤鎖斗頻繁的充壓、泄壓過程中,閥門超額定壓差工作,打開扭矩成倍增加。閥門密封面在開啟瞬間承受很大的比壓,密封面磨損加劇,負載加大,連接件變形,傳動系統精確度降低。閥門關閉時,承受近4.7 MPa 的壓差,一旦閥門出現明顯內漏或者關閉不嚴,高壓氣體帶著超細煤粉形成高速微小氣流沖刷密封面,密封面在較短的使用周期內,就有可能發展成貫穿性泄漏,出現大的凹槽,閥內件和閥體就會出現嚴重沖蝕破壞而無法修復,甚至徹底報廢。
  解決方案
  用陶瓷閥門可以解決以上的諸多問題。陶瓷閥門的高硬度材料可以大幅提高抗沖刷能力,在小開度情況下減小高速氣流對密封面的損傷。
  增加刮刀設計減少微粉進入密封面。
  改選其它形式閥門,這種工況下的閥門有另外幾種選擇,比如雙閘閥、滑板閥和圓盤閥。在類似的環境下工作都有不錯的表現。 

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