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摘要：介紹了在氣化工藝渣水系統(tǒng)工藝管道上所用耐磨閥門的選型情況。針對渣水系統(tǒng)黑灰水介質(zhì)含高硬度固體顆粒，介質(zhì)流速快，閥門磨損嚴重，閥門腐蝕等現(xiàn)象進行分析討論，對選用閥門的類型進行對比，探討了氣化工藝渣水處理系統(tǒng)工藝管線上耐磨閥門的最佳選型方案。

關(guān)鍵詞：氣化工藝；渣水系統(tǒng)；黑灰水；耐磨閥門

煤氣化工藝技術(shù)是煤化工項目中的關(guān)鍵技術(shù)，此工藝技術(shù)是通過干煤粉或水煤漿在氣化爐中和氧氣混合燃燒產(chǎn)生合成氣，然后將合成氣再進行液化得到油品或者LNG等燃料，或者以合成氣制取二甲醚、甲醇等化工產(chǎn)品的工藝技術(shù)。作為煤化工工藝中的核心裝置，煤氣化裝置具有建設(shè)周期長、操作流程復(fù)雜、工藝穩(wěn)定性要求高等特點。目前常用的煤氣化工藝裝置一般由：磨煤系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、渣水處理系統(tǒng)等組成。

1渣水處理系統(tǒng)特點介紹

渣水處理系統(tǒng)在煤氣化工藝中的作用十分重要，是氣化裝置中的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。渣水處理系統(tǒng)主要由黑水處理和灰水處理兩部分組成。所謂黑水是從氣化爐、水洗塔、渣池排除的沖洗水，灰水是黑水經(jīng)閃蒸、過濾、澄清后形成的水，大部分灰水經(jīng)脫氧處理后循環(huán)使用。總的來說，渣水處理系統(tǒng)由兩個方面的作用：（1）對來自渣池中的黑水進行液固分離。（2）回收工藝過程中釋放的熱量，節(jié)約系統(tǒng)的能耗。黑水介質(zhì)中的固體含量大且硬度比較高（一般在1000ppm以上），當黑水介質(zhì)中固體懸浮物的濃度很高時，固體懸浮物會誘發(fā)黑水中的碳酸鈣等結(jié)晶，從而堵塞管道及閥門的通道。灰水介質(zhì)中氯的含量比較高（一般在500ppm以上），氯對管道材料會有嚴重的腐蝕作用。另外，灰水處理系統(tǒng)經(jīng)過多級減壓，當減壓閥后的壓力降低到流體的飽和蒸汽壓以下時，將會形成嚴重的汽蝕作用，對閥門和管道材料產(chǎn)生破壞作用。

2耐磨球閥用于渣水處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題

渣水系統(tǒng)的工況特點為溫度高、壓差高、流速高等嚴苛工況，且介質(zhì)在逐級減壓時容易發(fā)生閃蒸，所以系統(tǒng)中所使用的裝置失效的風險很大。目前，煤化工系統(tǒng)氣化和渣水處理裝置的耐磨球閥在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)嚴重的密封件磨損，閥體及閥座流道沖蝕、氣蝕和閥門卡塞等故障；耐磨球閥的閥體經(jīng)常出現(xiàn)明顯的局部減薄和穿孔泄漏等現(xiàn)象，不僅影響企業(yè)正常的生產(chǎn)，而且還嚴重威脅著現(xiàn)場的安全，已成為制約煤氣化裝置穩(wěn)定運行的障礙。耐磨球閥在渣水處理系統(tǒng)主要會出現(xiàn)以下問題：（1）耐磨球閥閥體局部減薄并穿孔泄漏。（2）耐磨球閥球體及通道表面結(jié)渣，閥座卡死。（3）耐磨球閥球體及閥座沖蝕。

3耐磨球閥用于渣水處理系統(tǒng)中發(fā)生的問題分析

（1）問題一出現(xiàn)的原因主要是由于耐磨球閥在渣水系統(tǒng)中運行時球體沒有完全打開，導(dǎo)致介質(zhì)高速通過球體和閥座之間的縫隙，對閥體固定的區(qū)域進行連續(xù)不間斷的沖刷，導(dǎo)致閥體局部減薄并最終導(dǎo)致閥體穿孔泄漏。為了更加直觀的深入的了解此問題產(chǎn)生的原因，我們對其進行了工況模擬分析，分析的產(chǎn)品對象為DN200壓力等級900LB固定耐磨球閥。首先我們采用SOLIDWORKS三維軟件對耐磨球閥進行實體建模，然后采用流體分析軟件CF-Design進行流體狀態(tài)分析。內(nèi)部介質(zhì)設(shè)定為層流和紊流模型，狀態(tài)為不可壓縮，定常流，忽略介質(zhì)重力影響，忽略流道表面粗糙度的影響。網(wǎng)格劃分由CF-Design網(wǎng)格生成器自動生成，局部細小區(qū)域網(wǎng)格細化處理。進口介質(zhì)壓力設(shè)定為6.1MPa,出口介質(zhì)壓力設(shè)定為0.8MPa，介質(zhì)設(shè)定為黑水。閥門開度為45度半開位置。依照分析軟件顯示的流速云圖，介質(zhì)通過球體通道直接沖擊到閥體流道內(nèi)表面。閥體區(qū)部區(qū)域被快速的含高硬度顆粒的黑水持續(xù)不斷的沖刷，閥體很容易被介質(zhì)沖刷減薄穿透。結(jié)合以往實際項目操作經(jīng)驗差不多2個月就可以將閥體擊穿。

（2）問題二出現(xiàn)的原因主要是由于渣水系統(tǒng)中含有大量的高溫灰渣，這些高溫灰渣隨著冷卻水從渣水池中輸送到渣水過濾裝置，進行水固分離。在這個輸送過程中，高溫灰渣撞擊到閥門流道及球體表面，隨著高溫灰渣的溫度逐漸冷卻，最終附著在閥門流道及球體表面上，形成高硬度的渣塊。目前耐磨球閥上默認將閥座邊緣設(shè)計成刮刀形狀結(jié)構(gòu)，以便在耐磨球閥開啟及關(guān)閉過程中可以將球體表面的渣塊鏟除掉。這種結(jié)構(gòu)在耐磨球閥使用初期效果比較明顯。但是隨著耐磨球閥使用時間的增加，球體表面結(jié)渣越來越厚，刮刀的邊緣磨損越來越嚴重，其鏟除渣塊的效果也會逐漸下降。導(dǎo)致閥門扭矩增加。其次目前耐磨球閥的一般為硬密封固定球閥。它的啟閉件是由一個表面硬化處理的球體及兩個硬密封的閥座組成。球體中間有一個與管道通徑相等的流道，兩側(cè)是兩個可以沿著通道方向來回移動的閥座。球體開啟或關(guān)閉時圍繞著支承軸的軸線進行旋轉(zhuǎn)，閥座是浮動的，閥座背部有一組彈簧。閥門的初始密封為彈簧力推動閥座，使閥座和球體緊密貼合。閥門關(guān)閉后，介質(zhì)力也推著閥座背面向球體表面靠近，使閥座密封面緊緊的貼在球體表面上，兩者產(chǎn)生另一個接觸應(yīng)力，彈簧力和介質(zhì)力產(chǎn)生的密封應(yīng)力共同作用在密封面上，使得閥門獲得可靠的密封。從耐磨球閥的密封原理可以看出，如果閥門要保證密封，閥座需要始終可以活動。如果閥門流道結(jié)渣比較嚴重，使閥座和閥體結(jié)合成一體。如果閥座無法移動，閥座就無法緊密貼合球體表面，導(dǎo)致閥門密封面由于密封比壓不足而產(chǎn)生泄漏。

（3）問題三出現(xiàn)的原因主要是由于耐磨球閥在渣水系統(tǒng)中運行時球體在開啟及關(guān)閉瞬間，耐磨球閥進出口壓差較大，球體邊緣與閥座邊緣之間流通的空間較小，導(dǎo)致介質(zhì)在高壓差下高速通過球體和閥座之間的縫隙，對球體邊緣及閥座邊緣進行劇烈的沖刷，而球體邊緣及閥座邊緣由于固有的結(jié)構(gòu)特點，一般此處設(shè)計的比較薄從而導(dǎo)致球體邊緣及閥座邊緣很快的被介質(zhì)沖蝕。

4V型球閥用于渣水處理系統(tǒng)優(yōu)缺點分析

4.1閥體穿孔問題

V型球閥屬于單閥座閥門結(jié)構(gòu)，管道上游介質(zhì)直接和閥體中腔連通，故而閥門在輸送介質(zhì)時，介質(zhì)中的固體顆粒不會對閥體中腔進行直接沖刷。球體的流道為V型，球體半開時介質(zhì)會直接進入下游管道，不會對閥門流道的內(nèi)表面產(chǎn)生沖擊，避免了閥體局部區(qū)域由于介質(zhì)沖刷而出現(xiàn)的穿孔問題。.

2閥座結(jié)渣問題

V型球閥閥座是焊接在閥體上的，所以通道結(jié)渣不會對閥座產(chǎn)生影響。球體為偏心結(jié)構(gòu)，閥門的關(guān)閉時，球體密封面依靠偏心產(chǎn)生的擠壓力貼緊閥座密封面，從而達到緊密密封。閥門開啟和關(guān)閉過程中，球體表面和閥座始終不接觸，所以避免了密封面劃傷的風險，閥門扭矩也比較小。

4.3球體沖蝕問題

V型球閥的球體為V型口，球體流道邊緣比較厚，故而球體可以很好的承受介質(zhì)的沖刷。而且球體可以對介質(zhì)進行流量調(diào)節(jié)，滿足裝置不同流量的需求。

4.4V型球閥的不足之處

V型球閥的球體流道為V型，相對于普通耐磨球閥的O型流道，其流阻系數(shù)較大，流通能力相對較弱。閥座為單閥座，閥門僅有一個密封面。如果密封面損壞，將沒有其它的密封面隔離介質(zhì),介質(zhì)會直接進入下游管道。

5結(jié)束語

綜上所述，兩種閥門結(jié)構(gòu)方案各有優(yōu)缺點，從方案對比及實際應(yīng)用得出：在流量滿足裝置工況使用要求的情況下，最佳方案的選擇是選用V型球閥。既可以對介質(zhì)流量進行調(diào)節(jié)，又不會對閥體流道和球體邊緣產(chǎn)生沖蝕。在裝置對閥門流通能力有要求的情況下，可以選擇普通耐磨球閥。但是閥門不可以長期處在半開啟狀態(tài)，閥門的開關(guān)操作也不能過于頻繁。以免對閥門產(chǎn)生沖蝕現(xiàn)象。

參考文獻

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作者:柳成安 單位:圣博萊閥門有限公司