過(guò)程控制化工自動(dòng)化,2009,3:33AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRY水煤漿氣化工藝過(guò)程中的特殊閥門(mén)袁自偉(中國(guó)石化集團(tuán)寧波工程有限公司,浙江寧波315103)摘要:根據(jù)水煤漿氣化工藝的特點(diǎn)和特殊要求,結(jié)合實(shí)際使用狀況,闡述了氣化工藝中重要閥門(mén)的選型原則,為同類(lèi)裝置的工藝設(shè)計(jì)和儀表選型提供了參考依據(jù)。涉及的主要閥門(mén)有:耐沖刷和頻繁動(dòng)作的氣化爐鎖渣閥和沖水閥,是裝置升壓和排渣的關(guān)鍵;耐高溫和純氧工況的氧氣調(diào)節(jié)閥和切斷閥,是裝置運(yùn)行的安全保證;大流量和含顆粒介質(zhì)的合成氣出口切斷閥和調(diào)節(jié)閥;滿(mǎn)足正常調(diào)節(jié)和快速泄放功能的合成氣壓力調(diào)節(jié)閥;以及耐沖蝕和閃蒸工況的黑水調(diào)節(jié)閥關(guān)鍵詞:水煤漿;氣化、閥門(mén);選擇;氧氣;合成氣;黑水中圖分類(lèi)號(hào):TP214文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1007-7324(2009)03-0033-04Special alves in the Water-Coal Slurry Gasification ProcessYuan Ziwei( Sinopec Ningbo Eng. Co. Ltd, Ningbo, 315103, China)Abstract: According to the characteristics and requirements of the water-coal slurry gasification process, withexperience of practice, the scope as well as the principal of selection of special valves is described. The referencefor process and instrumentation design is also presented for similar plant. Main special valves are: scour bearingand frequently switching slug locker valves and flush valves for gasifier, these valves are keys to increase theplant pressure and to discharge slugs; high temperature and pure oxygen tolerably control valves andock valves on oxygen line are warranty of safety running, large flow rate and particle containingcontrol valves and block valves on syngas outlet line; meeting the function of normal operation and quickdischarge syngas pressure control valves, erosion and flash tolerably black water control valvesKeywords: water-coal slurry; gasification; valve; selection; oxygen; syngas; black water1引言產(chǎn)生的炭黑水送往炭黑回收工序,灰水大部分回收煤氣化是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的核心技術(shù),是生循環(huán)使用,少部分經(jīng)污水處理工序送往生化池處理產(chǎn)甲醇、化肥及發(fā)展煤基液體燃料合成、制氫等過(guò)程后集中排放。水煤漿氣化流程如圖2所示。工業(yè)的基礎(chǔ)。近年來(lái),德土古、殼牌煤氣化在中國(guó)廣氧氣進(jìn)料入口泛應(yīng)用,尤其是德士古水煤漿加壓氣化工藝(簡(jiǎn)稱(chēng)氧氣進(jìn)料入口!媒漿進(jìn)料入口TCGP),是美國(guó)德土古石油公司( TEXACO)在重油氣化室耐火磚氣化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,后經(jīng)各國(guó)生產(chǎn)廠(chǎng)家及研究單位逐步完善,于20世紀(jì)80年代投入工業(yè)化生產(chǎn),成為具有代表性的第二代煤氣化技術(shù)。氣化單元屬于典型的化工反應(yīng),主要原料為氧氣和水煤漿。主要設(shè)備是氣化爐,關(guān)鍵儀表的選擇直接決定氣化單元的正常生產(chǎn)和安全運(yùn)行。氣化單元中,所有進(jìn)口閥門(mén)的投資占了設(shè)備費(fèi)用的20%圖1氣化爐結(jié)構(gòu)氣化單元運(yùn)行得好壞,閥門(mén)起到了關(guān)鍵的作用。2工藝流程介紹收稿日期:2009-01-15圖1為氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖。煤、蒸汽在氣化爐作者簡(jiǎn)介:袁自偉(1965-),男,1988年畢業(yè)于清華大學(xué)化工內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng),制取原料氣,原料氣經(jīng)過(guò)激系長(zhǎng)期從事石油化工設(shè)計(jì)工作,任中國(guó)石化集團(tuán)寧波工程有限公石油化工自動(dòng)化渣水體積的1%粒度1~2cm的渣體占渣水體積氣系統(tǒng)的5%。粒度1cm的渣體占渣水體積的10%,粒制備氣化合成氣洗滌「脫硫脫旋度0.5~0.9cm的渣體占渣水體積的20%,粒度小于0.5cm的渣體占渣水體積的64%,最大極限粒渣斗除渣黑水循環(huán)系統(tǒng)度50mm。圖2水煤漿氣化流程3.1.3鎖渣閥和沖水閥技術(shù)要求鎖渣閥和沖水閥為雙向旋轉(zhuǎn)全截面開(kāi)關(guān)球閥,3特殊閥門(mén)氣化單元的主要閥門(mén)有:氣化爐鎖渣閥和軸球一體,球芯與球桿一體化結(jié)構(gòu)。水閥,氧氣閥門(mén),水煤漿切斷閥,黑水/灰水閥氣化氣化爐渣收集在充水的鎖渣罐中,通過(guò)順序控爐燒嘴冷卻水切斷閥,鎖渣閥和沖洗水閥,氣化爐制定期隔離和排空,控制閥按一定的頻率全開(kāi)和全關(guān),過(guò)程具有化學(xué),機(jī)械等強(qiáng)腐蝕和磨蝕高壓氧氣管線(xiàn)切斷閥,合成氣切斷閥等,下面對(duì)這鎖渣罐入口閥常開(kāi),出口閥和沖洗水人口閥常些閥門(mén)逐一進(jìn)行說(shuō)明。閉,鎖渣罐入口和出口閥的取向是垂直方向,沖水3.1氣化爐鎖渣閥和沖水閥閥為水平取向。氣化爐鎖渣閥和沖水閥布置如圖3所示。閥門(mén)應(yīng)提供能順利排渣的設(shè)計(jì),最小10°次循來(lái)自氣化爐環(huán)操作。閥門(mén)要求正向和反向雙向密封,在下游壓力為大氣壓下的最大差壓。在排渣程序中,上鎖渣黑水循環(huán)閥應(yīng)能耐受閥后壓力變化的沖擊。黑水閥門(mén)為高溫鎖渣閥結(jié)構(gòu),閥體和內(nèi)件體的金屬和保護(hù)涂層應(yīng)考慮在沖擊、腐蝕和磨蝕下有最好的黑水可用性。對(duì)鑄造、鍛造和加工的閥體,在操作狀態(tài)循環(huán)下,碳鋼閥體和閥蓋的整個(gè)金屬層留有一定的腐蝕裕度黑水沖洗鎖渣閥球體為耐高溫和熱沖擊設(shè)計(jì),高壓球基采用不銹鋼316L。球體表面堆焊 NICKELBORON(>1mm),或高溫等離子噴涂硬化處理,去黑水處理工段表面處理層應(yīng)附著牢固,使用過(guò)程中不能脫落。球圖3鎖渣閥和沖水閥布置體通道亦為高溫鎖渣結(jié)構(gòu),閥體流道堆焊不銹鋼層。閥球唇口處必須堆焊硬質(zhì)合金。閥門(mén)內(nèi)部流3.1.1閥門(mén)概況路設(shè)計(jì)要適合于磨蝕狀態(tài)。鎖渣閥和沖水閥是氣化裝置最重要的閥門(mén)。閥座為抗固體顆粒設(shè)計(jì),閥座基材采用316L。每臺(tái)氣化爐有3臺(tái)鎖渣閥:氣化爐下部渣口與鎖表面處理層應(yīng)附著牢固,不能脫落,具有防渣堵塞渣罐相連的管道上有2臺(tái)(上面1臺(tái)常開(kāi),以備下彈簧結(jié)構(gòu),不宜采用多圈彈簧的結(jié)構(gòu)形式。密封彈面的鎖渣閥故障時(shí)使用);鎖渣罐排放口1臺(tái)。每簧不易被灰渣堵塞,并易于清洗,而且密封彈簧和臺(tái)氣化爐側(cè)面各有1臺(tái)沖水閥閥門(mén)轉(zhuǎn)軸/軸承區(qū)里應(yīng)避免有顆粒物堵塞,需要考鎖渣閥和沖水閥參與排渣程序控制,須經(jīng)受高慮波紋管密封甚至更好的密封方法,不接受使用沖溫、高壓和灰渣的直接磨蝕,開(kāi)關(guān)次數(shù)頻繁,要求在水結(jié)構(gòu)高壓差情況下,雙向嚴(yán)密密封,對(duì)閥門(mén)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)要球閥必須有閥腔自動(dòng)卸壓功能,當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉求很高。為節(jié)省能量,還設(shè)置黑水循環(huán)系統(tǒng),其工藝后,閥腔內(nèi)壓力高于關(guān)閉壓力時(shí),能自動(dòng)卸壓至壓條件和鎖渣閥基本類(lèi)似。但是由于開(kāi)關(guān)次數(shù)少和差力低的一側(cè)。要求考慮閥桿設(shè)計(jì)強(qiáng)度:當(dāng)球體被壓變化小,在硬化處理上的要求不如鎖渣閥嚴(yán)格。某種原因卡死時(shí),氣源壓力升至0.7MPa(G),閥3.1.2工藝介質(zhì)條件桿不會(huì)被扭斷或變形。閥門(mén)填料應(yīng)為適合于規(guī)定煤氣化后排放煤渣時(shí),閥門(mén)所通過(guò)流體內(nèi)含有的最大壓力和溫度,填料盒應(yīng)有一個(gè)外部可調(diào)裝定渣量的熱水,固體含量大約為20%。渣水混置,以便在運(yùn)行期間可以調(diào)整。閥鑄件必須經(jīng)過(guò)固第3期袁自偉.水煤漿氣化工藝過(guò)程中的特殊閥門(mén)不低于316L材質(zhì)。及裝置正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。具體布置如32氧氣調(diào)節(jié)閥和切斷閥圖5所示3.2.1氧氣閥門(mén)的分布煤氣化裝置氧氣管線(xiàn)閥門(mén)包括氧氣總管流量合成氣放空管線(xiàn)到火炬調(diào)節(jié)閥,至每臺(tái)氣化爐氧氣支管流量調(diào)節(jié)閥、支管氧氣聯(lián)鎖雙重切斷閥、支管氧氣放空閥和氧氣放空管線(xiàn)調(diào)節(jié)閥,這些閥門(mén)直接安裝在氧氣管線(xiàn)上。另外,高壓氮?dú)獯祾唛y、高壓氮?dú)饩彌_閥、中心管道氮去下游變換裝置吹閥和氧氣管道相連。還有水煤漿管道和氧氣管道上的氮?dú)獯祾唛y。氧氣切斷閥及相關(guān)高壓氮切斷閥受氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制,在開(kāi)車(chē)時(shí),通過(guò)開(kāi)車(chē)程序打開(kāi)或關(guān)閉相關(guān)切斷閥。停車(chē)或故障時(shí),自動(dòng)切斷進(jìn)氣圖5水洗塔關(guān)鍵閥門(mén)示意化爐氧氣管線(xiàn),并放空,然后用高壓氮?dú)獯祾吆捅Ｋ此隹诤铣蓺庥?個(gè)分支,一個(gè)分支是在護(hù)氧氣管線(xiàn)。氧氣管線(xiàn)閥門(mén)布置如圖4所示。開(kāi)停車(chē)時(shí),合成氣放空到火炬,以及系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),保證壓力穩(wěn)定,在此分支設(shè)計(jì)1臺(tái)三偏心切斷氧氣放空中心蝶閥;另一個(gè)分支是開(kāi)車(chē)后將合成氣送到下游的變換裝置,在此分支中,設(shè)計(jì)1臺(tái)三偏心調(diào)節(jié)閥(帶切煤漿斷功能),以調(diào)節(jié)合成氣壓力,并根據(jù)需要切斷下游系統(tǒng)。它是手動(dòng)閥,但受聯(lián)鎖系統(tǒng)控制,作隔離切斷用。合成氣中含有分散的固體顆粒。閥門(mén)內(nèi)件應(yīng)高壓高壓高壓按照固體顆粒小于6mm設(shè)計(jì)并選擇,內(nèi)件上的孔氮?dú)獾獨(dú)獾獨(dú)庾钚?mm,以防止分散的固體顆粒堵塞閥門(mén)入圖4氧氣管線(xiàn)閥門(mén)布置口通道。另外合成氣中含有濕的H2S,閥門(mén)、內(nèi)件和3.2.2氧氣管線(xiàn)調(diào)節(jié)閥和切斷閥技術(shù)要求所有與物料接觸的部分應(yīng)遵照 NACE MR0175選用。軟密封氧氣閥門(mén)要符合防火標(biāo)準(zhǔn)API-607最閥門(mén)型式為三偏心高壓金屬密封蝶閥,閥體材新版本的要求;氧氣閥門(mén)要求采用整體法蘭,所有料316L;閥門(mén)采用整體法蘭,以方便拆除和維修;閥門(mén)具RJ密封面法蘭;運(yùn)輸和安裝時(shí)閥門(mén)作禁油閥門(mén)泄漏量級(jí)別相應(yīng)于美國(guó) ANSI B16.104的處理,并在閥門(mén)明顯處用藍(lán)色標(biāo)記標(biāo)明:禁油;所 Class V級(jí),不能低于Ⅳ級(jí),僅在正向滿(mǎn)足密封要有的球閥必須是全通徑、雙向金屬密封,為了減少求;閥門(mén)閥芯閥座材質(zhì)應(yīng)為316Ss噴涂足夠厚度安全隱患,氧氣流速控制在較低的值,而且流向不的鍍層(斯泰來(lái),Ni-Bo等),并保證鍍層不會(huì)脫能經(jīng)常急速變化。氧氣流速限制應(yīng)參照壓縮氣體落;閥門(mén)所有流道包括閥門(mén)唇口應(yīng)做噴涂硬化處協(xié)會(huì)手冊(cè)(CGA)G-4.4(最新版),GEMS-11D6理,并保證鍍層不會(huì)脫落;閥門(mén)設(shè)計(jì)的超壓范圍大和 IGC Doc13/02/E氧氣管道系統(tǒng)的規(guī)定;所有與于其最大工作壓力的150%;調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比一般氧氣接觸的部件包括氧氣閥門(mén)閥體至少采用316L不小于50:1。材質(zhì),閥桿、閥芯及閥座材質(zhì)應(yīng)為 INCONELL。具3.4合成氣壓力調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)格體規(guī)定不應(yīng)低于工藝包要求;所有閥門(mén)必須滿(mǎn)足在開(kāi)車(chē)和停車(chē)(故障緊急停車(chē)或計(jì)劃停車(chē))時(shí)TA-LUFT的外泄漏標(biāo)準(zhǔn)。氣化爐壓力由調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)閥位于水洗塔3合成氣出口切斷閥和調(diào)節(jié)閥頂合成氣出口去放空火炬的管線(xiàn)上。圖5中,水洗采用三偏心金屬密封調(diào)節(jié)蝶閥控制洗滌塔去塔關(guān)鍵閥門(mén)的操作壓力和溫度高,排放氣體中含有變換單元的合成氣流量,這些閥門(mén)關(guān)系到氣化裝置較多炭或灰渣顆粒,開(kāi)車(chē)時(shí)通過(guò)它調(diào)節(jié)氣化爐壓工藝氣正常輸送以及變換單元的正常生產(chǎn);氣化裝力,在達(dá)到全負(fù)荷時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)閥的氣體流速很高,置洗滌塔頂部合成氣去火炬系統(tǒng),采用三偏心金屬高速氣流的氣蝕和灰渣顆粒的磨蝕很厲害,操作正石油化工自動(dòng)化2009年閉,兩端壓差逐漸加大,全關(guān)時(shí)達(dá)到最高壓差,即洗大量工藝蒸汽,物料流過(guò)閃蒸閥節(jié)流元件的速度非滌塔操作壓力,此時(shí)要求不能泄漏,所以閥門(mén)有較常高,導(dǎo)致磨損會(huì)比較嚴(yán)重。過(guò)去的做法是將第一嚴(yán)格的技術(shù)要求級(jí)閃蒸閥分解為兩個(gè)串連的減壓調(diào)節(jié)閥,這樣把每壓力調(diào)節(jié)閥的技術(shù)要求如下:洗滌塔壓力調(diào)臺(tái)閥的前后壓差降低50%,經(jīng)過(guò)每臺(tái)閥閃蒸出節(jié)是根據(jù)設(shè)計(jì)條件中規(guī)定的流速?zèng)Q定流通能力的。來(lái)的工藝蒸汽量相應(yīng)減小,閃蒸閥磨損的情況得到般來(lái)說(shuō),要求的最大流通能力應(yīng)該能夠滿(mǎn)足排放較大改觀(guān)。黑水調(diào)節(jié)閥推薦為角閥,閥芯閥座材質(zhì)整個(gè)裝置所產(chǎn)合成氣量的50%要求用硬質(zhì)合金(WC)堆焊或更好的金屬硬化工關(guān)于閥門(mén)的最小流通能力,是根據(jù)工藝包中規(guī)藝,為防止閃蒸對(duì)閥門(mén)造成的破壞,出口配套錐定的正常操作/設(shè)計(jì)條件的50%,作為合成氣閥門(mén)形管開(kāi)啟的最小流量。啟動(dòng)后,整個(gè)系統(tǒng)的壓力立即升因?yàn)楹铣蓺庠谕ㄟ^(guò)95%~100%全開(kāi)的閥時(shí),遇到了阻礙。此壓力是穩(wěn)定洗滌塔壓力,通常氣化爐循環(huán)黑水熱水器是0.7~1.4MPa。當(dāng)氣化爐停車(chē)時(shí),無(wú)論是自動(dòng)還是手動(dòng),壓力氣化爐循閥門(mén)應(yīng)該通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器關(guān)閉。然后操作者會(huì)緩環(huán)黑水慢對(duì)氣化爐降壓,因此要求壓力閥再打開(kāi),以平衡不同的差壓當(dāng)下游裝置準(zhǔn)備接收合成氣時(shí),壓力調(diào)節(jié)閥應(yīng)該克服差壓,緩慢關(guān)閉。洗滌塔壓力切斷閥也同時(shí)圖6黑水調(diào)節(jié)閥布置關(guān)閉氣化裝置閥門(mén)選擇是石油化工裝置安全生產(chǎn)、該閥門(mén)要求具有減噪的閥芯。開(kāi)孔不應(yīng)小于降低惡性事故的保障,是一個(gè)熱門(mén)研究課題。通常6mm,以避免在閥剛剛開(kāi)啟時(shí),造成堵塞。閥門(mén)應(yīng)在裝置中,設(shè)計(jì)的閥門(mén)應(yīng)該滿(mǎn)足工藝過(guò)程的操作需具有一體的法蘭,便于移動(dòng)和維修。求,這是控制方案得以成立的必須條件。管道的敷設(shè)和閥門(mén)的安裝,應(yīng)該考慮到防止洗4結(jié)束語(yǔ)滌塔合成氣的蒸汽冷凝。如果出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象會(huì)使要實(shí)現(xiàn)水煤漿氣化生產(chǎn)裝置過(guò)程自動(dòng)化,在設(shè)控制閥被灰粉堵塞。該閥選用硬密封凸輪撓曲閥,計(jì)過(guò)程中,不僅要考慮合理的控制方案,也要選擇或抗沖刷的單座套筒低噪音閥,氣化爐壓力調(diào)節(jié)閥正確的執(zhí)行方法。根據(jù)工況條件及工藝數(shù)據(jù),正確閥芯閥座材質(zhì)應(yīng)為硬化處理不銹鋼,閥門(mén)泄漏量級(jí)地選擇現(xiàn)場(chǎng)儀表,要做到這一點(diǎn),不僅要遵循各種別不低于相應(yīng)于美國(guó) ANSI B16.104的 Class M標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等指導(dǎo)性文件,還要參考類(lèi)似裝置中的級(jí)。調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照工藝包計(jì)算,應(yīng)采用氣缸選型狀況,項(xiàng)目具體的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況,以往裝置中活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。的使用經(jīng)驗(yàn)。作為控制系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)儀表是不可分割該閥雖然屬于調(diào)節(jié)閥,在后續(xù)開(kāi)車(chē)階段,由開(kāi)的一部分。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明,這些閥門(mén)能夠滿(mǎn)足極高到關(guān),穩(wěn)定后,基本上處于全關(guān)狀態(tài)。用一般調(diào)節(jié)的循環(huán)頻率、次數(shù),符合嚴(yán)格的金屬密封等級(jí)要求,閥的正常和最大開(kāi)度概念,無(wú)法選擇。于是,在和能夠克服大量顆粒介質(zhì)造成極度磨損,而且還能克管道保持一致口徑的基礎(chǔ)上,選擇了最大開(kāi)度Cv服高壓差,嚴(yán)重沖刷,防止排渣過(guò)程溫差變化大閥值的調(diào)節(jié)閥門(mén)門(mén)抱死。為氣化裝置的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)操作提供3.5黑水調(diào)節(jié)閥了保障。氣化裝置中,氣化爐底到氣化高溫?zé)崴髟O(shè)置參考文獻(xiàn)1臺(tái)黑水液位調(diào)節(jié)閥,洗滌塔底部到高溫?zé)崴髟O(shè)1賀明德.現(xiàn)代媒化工技術(shù)手冊(cè)LM.北京:化學(xué)工業(yè)出版社置2臺(tái)黑水調(diào)節(jié)閥,黑水調(diào)節(jié)閥門(mén)布置如圖6所示。2005:1437-1472這些調(diào)節(jié)閥工作溫度較高,壓降大,灰渣含量2王旭賓.德士古煤氣化裝置設(shè)計(jì)問(wèn)題探討[J].煤化工,2001,(94);31-34也最高,應(yīng)能夠耐受通過(guò)閥門(mén)壓力降引起的高流3陸德民張振基,黃步余石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M13速,還要耐受閃蒸溶解氣的氣蝕、水的汽化和煤灰版,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000208-244顆粒引起的腐蝕及磨蝕。尤其是在第一級(jí)閃蒸,黑4許令奇,德士古煤氣化技術(shù)改造中的幾個(gè)思路[門(mén)中肥,