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摘 要：介绍了煤气化装置中煤粉流量调节阀的工作原理，分析了煤粉流量调节阀在使用过程中存在的问题，提出了煤粉流量调节阀结构改进方案，保证了装置的长周期稳定运行。
关键字：煤粉流量调节阀 煤气化 结构 改进
1 概述
煤粉流量调节阀（简称调节阀———下同）是Shell煤气化装置中的关键设备，用于控制煤粉流量。通过阀门的介质为高压气载煤粉，属煤粉密相输送。使用过程中，调节阀出现了开关不灵活和阀内件冲刷严重等问题。阀门损坏会造成煤粉流量调节不稳定，严重时会导致系统停车。通过改进调节阀结构，取得了良好的效果。
2 工作原理
2.1 煤线输送系统流程
Shell煤气化装置的工艺系统包括磨煤及干燥系统、煤粉加压及输送系统、煤气化、除渣系统、除灰系统、湿洗系统和初步水处理系统等工序和公用系统。配备好的煤粉经过磨煤及干燥系统后进入到煤粉加压及输送系统，然后高压气载煤粉进入气化炉进行煤气化，煤粉气化后进行除渣、除灰、水处理等工序。调节阀位于煤粉加压及输送系统和煤气化系统之间（图1）。系统正常运行时，高压气载煤粉经过煤粉给料罐进入调节阀入口，经阀芯调节流量后从阀门出口流出，流出的高压气载煤粉在压力的作用下流经煤粉三通阀的投煤通道后进入气化炉。系统停止运行时，气化炉停止工作，但是管道中还存在部分高压气载煤粉，此时调节阀处于全开位置，剩余高压气载煤粉从煤粉给料罐进入调节阀入口，经处于全开状态阀芯后从阀门出口流出，流出的高压气载煤粉在压力的作用下流经煤粉三通阀的循环通道后进入常压煤仓进行循环。
图1 煤粉输送系统流程
2.2 调节阀结构特性
调节阀内流动的介质为由4MPa氮气输送的直径0.05～0.1mm的煤粉颗粒，操作温度80℃，阀门最大操作关闭压差6.2MPa。根据工艺的要求，煤粉流量调节阀采用倒置安装（图2）。调节阀进口垂直向下，煤粉从进口流入，沿着耐磨衬里垂直滑下，进入阀芯。阀芯一侧开槽，通过改变阀芯流量槽的遮拦面积控制煤粉流量。煤粉从阀芯的开槽处流出后进入阀门出口，而出口与煤粉流入方向夹120°角，且倾斜向下。阀盖设一个氮气吹气口，吹入氮气防止煤粉在阀盖底部堆积，保证波纹管的自由伸缩。氮气的注入只有在气化装置停车后才能停止，并在阀门动作之前就要注入，调节气压力要求稍高于介质压力。阀杆密封采用波纹管+填料的双重密封结构，阀杆与煤粉完全隔绝，防止煤粉粘附在阀杆表面造成卡塞。阀体内壁衬有耐磨衬里，防止高压气载煤粉对阀体的冲刷破坏。
1.带吹扫法兰的阀盖2.波纹管阀杆组件3.阀体出口内衬
4.阀体中腔内衬5.阀芯6.阀体7.阀座8.进料短接
图2 煤粉流量调节阀
3 故障分析
3.1 波纹管损坏
调节阀使用过程中，因煤粉输送管道中常常有异物，异物通过阀芯进入阀盖腔体后将波纹管扎破、卡塞或在阀盖吹扫气的作用下将波纹管冲坏。另外，由于阀盖吹扫气的开停顺序不对，导致煤粉沉积到阀盖底部，然后煤粉在吹扫气的作用下将波纹管冲坏。如果波纹管与阀杆焊接连接处脱焊，也是导致波纹管密封失效的原因之一。
3.2 阀座损坏
调节阀的阀座采用外层不锈钢件，内衬WC硬质合金材质的组合件（图3）。由于两种材料的硬度及耐磨性差异大，在使用过程中外层的不锈钢件容易受到冲刷损坏，而内衬WC硬质合金无损坏。阀座外层不锈钢件损坏后，在损坏部位会有大量的煤粉沉积，进而影响阀门的开关及密封性能。
1.不锈钢基体 2.硬质合金衬里
图3 阀座
3.3 阀芯损坏
调节阀阀芯损坏的主要部位为阀芯流量口的上半部分和阀座密封面部位（图4）。阀门正常流量工作状态的位置是阀门最容易冲刷损坏的位置，因此阀门正常工作时阀芯开口的上半部分最容易损坏。而阀芯密封面损坏主要是因为阀门在小开度时对密封面的冲刷。
图4 阀芯损坏
4 改进
针对使用过程中出现的问题，对调节阀结构做了改进。
（1）将波纹管与阀杆焊接连接处增加定位销，然后再焊接，避免因波纹管与阀杆焊接连接处脱焊而造成波纹管的密封失效［6］。另外，对于管道中的异物对波纹管造成的损伤，需在阀门安装前对管道进行彻底吹扫。对于因阀盖吹扫气的开停顺序导致的波纹管损伤，需严格遵守吹扫气的开停顺序，气化装置开车前先通阀盖吹扫气，气化装置停车后停吹扫气，以便将阀门中剩余的煤粉吹扫干净。
（2）阀座选用WC硬质合金材料制造，提高阀座的耐磨性和使用寿命。
（3）调节阀阀芯密封面为一个90°直角，阀座为45°锥面，在全关状态下阀芯与阀座不能有效密封。经分析，阀芯密封面改成与阀座密封面相同的45°锥面，并能与阀座密封面形成密封副。改进后提高了阀门的密封性能，减缓了阀门全关时因密封效果不佳而形成的对密封副的冲刷。
5 结语
煤粉流量调节阀改进后已累计无故障运行超过2年，既为企业节省了大量的设备维护成本，也为煤气化装置长周期运行稳定提供了保证。
来源：网络转载
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发表于 2016-11-17 20:14:32
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