浅谈合成气放空阀的选型

2018-11-28赵大鹏

氮肥与合成气 2018年11期

赵大鹏

(江苏索普(集团)电仪厂，江苏镇江 212006)

现代煤化工多喷嘴对置水煤浆气化技术是将水煤浆与空分送来的8.2 MPa高压氧气通过两对对置工艺烧嘴进入气化炉，进行部分氧化反应制得粗合成气。反应后的粗煤气和熔渣一起流经气化炉底部的激冷室激冷后，将气体和固渣分开，激冷后的粗煤气再经混合器、旋风分离器和水洗塔三级洗涤除尘后，温度约242 ℃，压力6.2 MPa，经管道输送至变换及热回收工段。水洗塔出口合成气水汽比约为1∶4,含尘量小于1 mg/m3(标态)。气化炉投料的初始阶段，水洗塔出口合成气组分指标很难控制，特别是含汽、含尘、含灰指标通常较大。

1 合成气放空调节阀运行的生产工艺和使用条件

气化炉压力在气化装置开车和停车时由合成气放空调节阀自动调节，调节阀位于水洗塔顶合成气出口放空到火炬的管线上。开车时通过调节阀逐步升高气化炉压力，当达到需要的最大压力时，通过调节阀的气体流速很大，高速气体的气蚀和其中灰渣颗粒的磨蚀危害很大。气化炉升压到向变换工段送气时，阀门由几乎全开到全关闭，阀前压力逐渐升高，两端压差逐渐加大，全关时阀前压力达到最高，即气化炉正常操作压力，此时要求阀门不能泄露[1]。当气化炉系统超压时，切断阀紧急打开，放空阀进行压力自动调节。控制系统流程图见图1。

2 合成气放空调节阀的特点

合成气压力调节系统放空阀要求具有调节功能、关闭时间快、泄漏量低(VI 级密封)等特点。系统压力控制要求仪表准确、可靠，阀门具有动作可靠、调节稳定、调节性能高、流通能力大、泄漏量低和耐冲蚀等特性。系统压力放空调节阀通常采用不同口径的阀门进行分程调节，以确保压力调节的精度，维持系统压力的稳定及避免系统超压现象的发生，这样也可延长阀门的使用寿命，降低造价。

图1 合成气压力分程调节控制系统图

3 套筒阀的运行特点

合成气放空工况下，设计时主要考虑低噪音套筒阀。

梅索尼兰4100系列合成气放空调节阀是煤化工行业中放空阀的首选阀型。根据设计要求，该放空阀一般设为一大一小(18″和8″)两个分程调节阀门，阀门类型为单座套筒阀。主要特点为内件材质采用马氏体硬质不锈钢，承受大压差，能抗击高温、含固颗粒、大气流的冲刷。阀内件的笼式结构有效地将放空造成的噪音降低到110 dB以下(降噪孔直径不小于6 mm)。较好的等百分比和线性双调节特性使系统在运行过程中压力始终保持稳定。

梅索尼兰放空阀对气化炉系统进行的升、降压控制，非常稳定可靠。特别是在气化炉出现系统异常超压时，放空阀能非常迅速地打开并自动进行压力调节，保证了系统的安全。

4 套筒阀的使用缺陷及处理方法

低噪音套筒阀在使用时存在一些问题，特别是常出现大阀振动及卡死现象[2]。拆卸阀芯后检查发现套筒内积满了煤灰，降噪孔被大面积堵塞并凝结成硬块，阀芯已不能动作[3]，只能拆卸阀芯，取出套筒，用手枪钻钻孔清垢后，再用细砂纸打磨结垢。

遇到阀芯卡住的情况，目前可采用以下几种方法来解决:

(1) 在气化炉开车前，控制系统浊度在80 mg/L以下，保持放空的合成气较洁净，避免将阀芯降噪孔堵塞。

(2) 始终保持进碳洗塔上塔的低温变化冷凝液量不少于40 m3/h。保证水量可以有效地清洗、湿润放空的合成气，使灰渣不易在阀芯结垢、结晶。

(3) 对阀门外套筒进行改造，在保证强度的前提下，在易堵塞的套筒上下部，将连续的几个降噪孔打通，形成导流槽，可以增大阀芯的流通能力(见图2)，使较大颗粒能通过阀芯，基本不会再造成阀芯卡死。

图2 改进的套筒阀阀芯

(4) 在放空调节阀前的放空切断三偏心蝶阀上增加阀门定位器等调节气路，增加调节性能，在放空阀卡住时通过蝶阀调节系统压力，完成系统升压，避免停车。卡住的放空阀在气化炉退出运行后再检修。

5 放空阀的其他选型方案

套筒式合成气放空阀开车时容易被灰渣卡住，对装置的运行有一定的影响，因此在该工况条件下，可选用其他种类的阀门。

(1) 偏心旋转阀

2007年山东鲁化采用上海大通自控设备有限公司的900LB偏心旋转阀作为合成气放空阀，一直运行得较好，无维修记录。该偏心旋转阀的主要特点为结构简单，流道畅通，不会造成阀芯卡住[4](见图3)；大功率执行机构及高强度的零件设计，阀芯采用烧结碳化钨、阀杆采用Inconel 750材质，可保证阀门强度，克服大压差工况；但需要降低一点噪音指数和密封性能。

图3 偏心旋转阀阀芯结构图

(2) 阀杆双导向型阀

河南心连心气化项目选用Flowserve集团下的 Valtek 系列调解阀，如采用Make one型Globe阀。这种阀门的特点为阀芯与阀杆一体化整体锻造设计,使用粗阀杆和不易损件的阀塞密封环，阀杆上下双导向，导向面积大、对中性好，适用于高温、高压差的工况。Valtek取消了笼式导向,套筒开孔特别大(该阀类似于国内的大套筒阀)，这样阀芯不会卡住。阀芯结构见图4。与套筒阀相比，其调节性能和密封效果要差一些。