粉煤气化粉煤输送单元阀门应用及改进

Nov. 2011现代化工.第31卷第11期68.Modem Chemnical Industry2011年11月粉煤气化粉煤输送单元阀门应用及改进路文学',龚欣',刘珂”(1.华东理工大学资源与环境学院,.上海200237;2.水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心,山东滕州277527)摘要:针对粉煤气化粉煤输送单元阀门经常出现内漏和卡涩的现象,分析了阀门发生故障的原因和机理,提出--些特种阀门的结构形式并加以应用。中试装置3年的运行情况表明，通过对球阀的改造和采用新型结构阀门,有效地降低了故障发生的频率,保证了粉煤气化粉煤输送单元的长周期运行。关键词:硬密封球阀;文丘里角阀;盘阀;内漪中圈分类号:TP214文献标识码:A文章编号: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兖矿集团、华东理工大学、中国天辰工程公司共关,分析了阀门发生故障的原因和机理,联合有关厂同承担国家高技术研究发展计划(“863"计划)项目家试制出一些特殊结构的阀门,在水煤浆气化及煤(2008AA050301)“高灰熔点煤加压气流床气化”，化工国家工程研究中心中试装置上进行应用。实验以兖矿开阳化工有限公司年产50万t合成氨项目表明,通过对球阀的改造和采用新型结构的阀门,有为依托,在贵州开阳建设日处理煤1 000 t级粉煤加效地降低了故障发生的频率,保证了粉煤气化煤粉压气化示范装置,实施高灰熔点煤的气流床粉煤加输送单元的长周期运行。压气化技术工业化示范。“高灰熔点煤加压气流床1粉煤气化煤粉输送 单元简介气化”项目包括实验室研究、中试研究和工业化示范3部分内容。其中,中试研究建设了1套日处理煤粉输送是将煤粉由常压煤粉储仓经粉煤锁斗30 t煤水冷壁粉煤加压气化装置,进行气化炉开发输送至粉煤发料罐的过程,一般采用煤粉锁斗变压实验,完成了北宿煤、鲍店煤、南屯煤和贵州田坝煤(0~4.6MPa)操作形式,将粉煤分批次地从常压粉4个煤种和1个混配煤种的试烧任务,完成了工业煤仓送至恒压(4.6 MPa)粉煤发料罐中。规模大管径煤粉输送实验工作。工业示范装置包括1.1 中试装置煤粉输送粉煤制备、粉煤供料与输送、气化框架和渣水处理4在中试装置(图1)中,煤粉锁斗采用单系列,即个工段。1个煤粉储料罐、1个煤粉锁斗、1个煤粉发料罐,设针对粉煤气化粉煤输送单元经常出现故障,兖备间通过阀门进行控制,图1为煤粉输送单元集散矿集团华东理工大学、中国天辰工程公司联合攻控制系统( DCS)控制画面。中国煤化工收稿日期:2011-05-25基金项目:国家*863".计划项目(2008 AA05O301 );兖矿集团2008年科技研发项目(08 -27)MYHCNMH G作者简介:路文学(1974-).男,博七生,高级工程师,从事煤气化及煤化工开发工作,0632 - 2362727 ,luwenxue@ sina. com;龚欣( 1959- ),女，教授,博士生导师,主要从事气流床煤气化过程与技术研究开发通讯联系人,021 -62521.gngin@ eoue. edu. cn。2011年11月路文学等:粉煤气化粉煤输送单元阀门应用及改进69.n.12EEWV.125W2m一----W.12210图1中试装置煤粉程控示意 图.1.2工业示范装置煤粉输送工业示范装置煤粉输送系统包含2套锁斗系煤粉输送单元示意图见图2。统,由1套顺控逻辑自动控制系统控制,2套锁斗交替运行，每个锁斗的循环周期约30 min。单个锁斗煤粉储罐的运行过程共分5步,下面以A系列锁斗运行举例说明。第1步:锁斗受料。按程序打开粉煤锁斗受料阀1,锁斗开始受料,待锁斗料位达到高料位要求时,关闭锁斗受料阀1,粉煤锁斗受料完毕。第2步:充压。打开锁斗充压阀8对锁斗进行喝3充压,待锁斗压力达到要求后,关闭锁斗充压阀8,一要(12)锁斗充压结束。第3步:锁斗等待。将锁斗压力调节阀7投人1.2,3,4- 媒粉切断阀;5.6-平衡阀;7- 锁斗压力调节阀;8-锁斗冲压/放空阀;9-发料罐 放空阀;10-煤锁斗 A;自动调节,保持罐压等待下料。11-媒锁斗B;12-发料罐第4步:锁斗下料。打开粉煤锁斗下料阀3、平图2 煤粉输送单元示意图衡阀5开始下料,待锁斗料位开关低报警时,关闭(上接第67页)200.55(2):411 -419.[4]昌术森,陈雪莉,扩锁.应用电导探针测定鼓泡塔内气泡参数[8] SonS M, KangS H, Kim U Y,et al. Bubble properties in three[J].化学反应工程与1艺2003.19(4) :344 -351.phase invene fuidized beds with viscous liquid medium[ J]. Chem5]王丽雅.庀华洁,宋景祯,等商气速卜鼓泡塔内气含率分伯的Eng and Proe .2007.46(8) :736 -741.测定[J].化学反应L程与I艺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中国煤化工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]张炎,MYHCNMHG递系数的影响{J].应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]冯诺,李化没.声化学及其应用[M].合肥:安徽科学技术出版fluctuations in pressurized bubble columns[J]. Chem Eng Sci,社t,1992. ■.●70现代化工第31卷第11期锁斗下料阀3、平衡阀5,锁斗下料结束。阀座采用刮刀设计。填料材质为柔性石墨。阀门泄第5步:锁斗泻压。打开锁斗放空阀8,将锁斗漏等级为ANSI B16.104 Class VI,阀门耐压分级泻压至常压,锁斗泻压结束。5. 0 MPa。至此A锁斗完成了1个循环周期。2.3 粉煤锁斗和发料罐压力放空调节阀2.3.1操作条件2阀门操作条件及选型操作介质为氮气夹带少量煤粉,正常工况为2.1粉煤切断阀0.1 kg(煤粉)/m' (放空气) ,介质流速较高(最高时2.1.1操作条件为超音速) ,煤粉的粒度为90%小于60 μm, 100%操作介质为煤粉和氮气,介质质量浓度为小于90 μm。200 ~600 kg/m' ,煤粉的粒度为90%小于60 μm,操作温度60 ~ 100C ,操作压力4.0~5.0 MPa,100%小于90 μm。阀门的最大承压5. 0 MPa,正常运行时阀门前后差操作温度60 ~ 100C,操作压力0.05 ~5.0压为4.0~5.0 MPa。MPa,阀门的最大承压5.0 MPa,开启和关闭时差压2.3.2阀门的选型为0.3 MPa左右,正常运行时开关频率为40次/d。该部分阀门的操作条件特殊,即气体夹带少量2.1.2阀门的选型煤粉高速流过阀门,对阀i ]的磨损较为严重,在粉煤针对该部分阀门的操作条件,考虑到煤粉的黏气化中试装置中采用的是金属硬密封的单座调附和磨蚀特性，粉煤气化中试装置设计中采用的是节阀。金属硬密封球阀。阀体形式为单座,阀门采用防火防静电处理。阀体形式为球阀(固定球)。阀体材质为碳钢,阀座形式为金属硬密封。阀体材质为ASTM A216阀体与介质接触部分覆盖焊Duplex SS SAF . -2205 ,WCB。阀芯材质为ASTM A182 316/司太莱合金。机械加工后双相钢厚度≥3 mm。阀球材质为Du-填料材质为PTFE。阀座材质为ASTM A182 316/司plex ss SAF - 2205 ,堆焊司太莱合金SF - 20,机械加太莱合金。阀门泄漏等级为ANSI B16. 104工后司太莱合金涂层厚度≥0.6 mm。阀座材质为ClassIV。Duplex ss SAF-2205 ,阀门采用防火防静电处理,阀3阀门故障及原 因分析座采用刮刀设计。填料材质为柔性石墨。阀门泄漏等级为ANSI B16. 104 Class VI,阀门耐压5.0 MPa。3.1常见问题2.2粉煤锁斗 放空气及平衡气管线上的阀门作为消耗品的特种阀,由于价格、性能、服务和2.2.1操作条件供货周期等方面的原因,产品需要实现国产化"。操作介质为放空氮气夹带少量煤粉,正常工况,目前国产的金属硬密封锁渣阀已成功应用在水煤浆为0.1 kg(煤粉)/m'(放空氮气) ,介质流速较高(最气化装置的渣水锁斗上,并已逐步取代了进口阀门。高时为超音速)。但从粉煤气化装置的运行情况来看,国产阀门使用操作温度60 ~ 100% ,操作压力4.0~5.0 MPa,效果不理想。阀门的最大承压5.0 MPa,正常运行时阀8前后差粉煤气化煤粉输送单元阀门操作条件恶劣,阀压为4.0 ~5.0 MPa, 阀5、6前后差压为2.0 ~门动作频繁,在运行中阀门故障率较高,使用寿命较2.5 MPa。短，已经成为制约粉煤气化装置长周期运行的重要2.2.2阀门 的选型因素(2]。煤粉切断阀采用的是金属硬密封球阀,球粉煤气化中试装置设计中采用金属硬密封阀出现了卡涩和憋压的现象;锁斗罐和发料罐的压球阀。力放空调节阀则因介质流速较高,阀门极易磨损;国产球阀与调节阀均逐渐出现了内漏现象。阀体与介质接触部分覆盖焊Duplex sS SAF -2205 ,3.2原因分析中国煤化工3.2.1阀门plex ss SAF -2205并堆焊司太莱合金SF -20,机械在工业YH. CNMHG生主要有2个加工后司太莱合金涂层厚度≥0.6 mm。阀座材质原因:一是密封面硬质合金之间的黏结;二是介质对为Duplex ss SAF -2205 ,阀门采用防火防静电处理,密封面的冲刷(3] ,大部分的阀门内泄漏都是这2个