水煤漿氣化工藝過(guò)程中的特殊閥門(mén)

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(中國石化集團寧波工程有限公司,浙江寧波315103)摘要:根據水煤漿氣化工藝的特點(diǎn)和特殊要求,結合實(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)裝置的工藝設計和儀表選型提供了參考依據。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節閥和切斷閥,是裝置運行的安全保證;大流量和含顆粒介質(zhì)的合成氣出口切斷閥和調節閥;滿(mǎn)足正常調節和快速泄放功能的合成氣壓力調節閥;以及耐沖蝕和閃蒸工況的黑水調節閥關(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:TP214文獻標志碼:B文章編號: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。近年來(lái),德土古、殼牌煤氣化在中國廣氧氣進(jìn)料入口泛應用,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),是美國德土古石油公司( TEXACO)在重油氣化室耐火磚氣化的基礎上發(fā)展起來(lái)的,后經(jīng)各國生產(chǎn)廠(chǎng)家及研究單位逐步完善,于20世紀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,主要原料為氧氣和水煤漿。主要設備是氣化爐,關(guān)鍵儀表的選擇直接決定氣化單元的正常生產(chǎn)和安全運行。氣化單元中,所有進(jìn)口閥門(mén)的投資占了設備費用的20%圖1氣化爐結構氣化單元運行得好壞,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為氣化爐結構示意圖。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)化工內進(jìn)行部分氧化反應,制取原料氣,原料氣經(jīng)過(guò)激系長(cháng)期從事石油化工設計工作,任中國石化集團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構。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),機械等強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)應提供能順利排渣的設計,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)閥應能耐受閥后壓力變化的沖擊。黑水閥門(mén)為高溫鎖渣閥結構,閥體和內件體的金屬和保護涂層應考慮在沖擊、腐蝕和磨蝕下有最好的黑水可用性。對鑄造、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計,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附著(zhù)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構,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)內部流3.1.1閥門(mén)概況路設計要適合于磨蝕狀態(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計,閥座基材采用316L。每臺氣化爐有3臺鎖渣閥:氣化爐下部渣口與鎖表面處理層應附著(zhù)牢固,不能脫落,具有防渣堵塞渣罐相連的管道上有2臺(上面1臺常開(kāi),以備下彈簧結構,不宜采用多圈彈簧的結構形式。密封彈面的鎖渣閥故障時(shí)使用);鎖渣罐排放口1臺。每簧不易被灰渣堵塞,并易于清洗,而且密封彈簧和臺氣化爐側面各有1臺沖水閥閥門(mén)轉軸/軸承區里應避免有顆粒物堵塞,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)次數頻繁,要求在水結構高壓差情況下,雙向嚴密密封,對閥門(mén)結構和材質(zhì)要球閥必須有閥腔自動(dòng)卸壓功能,當閥門(mén)關(guān)閉求很高。為節省能量,還設置黑水循環(huán)系統,其工藝后,閥腔內壓力高于關(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)次數少和差力低的一側。要求考慮閥桿設計強度:當球體被壓變化小,在硬化處理上的要求不如鎖渣閥嚴格。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)填料應為適合于規定煤氣化后排放煤渣時(shí),閥門(mén)所通過(guò)流體內含有的最大壓力和溫度,填料盒應有一個(gè)外部可調裝定渣量的熱水,固體含量大約為20%。渣水混置,以便在運行期間可以調整。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)。及裝置正常運行時(shí)系統壓力的穩定。具體布置如32氧氣調節閥和切斷閥圖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)到火炬調節閥,至每臺氣化爐氧氣支管流量調節閥、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)調節閥,這些閥門(mén)直接安裝在氧氣管線(xiàn)上。另外,高壓氮氣吹掃閥、高壓氮氣緩沖閥、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氣吹掃閥。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,然后用高壓氮氣吹掃和保水洗塔出口合成氣有2個(gè)分支,一個(gè)分支是在護氧氣管線(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,以及系統正常運行時(shí),保證壓力穩定,在此分支設計1臺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,設計1臺三偏心調節閥(帶切煤漿斷功能),以調節合成氣壓力,并根據需要切斷下游系統。它是手動(dòng)閥,但受聯(lián)鎖系統控制,作隔離切斷用。合成氣中含有分散的固體顆粒。閥門(mén)內件應高壓高壓高壓按照固體顆粒小于6mm設計并選擇,內件上的孔氮氣氮氣氮氣最小為6mm,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)、內件和3.2.2氧氣管線(xiàn)調節閥和切斷閥技術(shù)要求所有與物料接觸的部分應遵照 NACE MR0175選用。軟密封氧氣閥門(mén)要符合防火標準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;運輸和安裝時(shí)閥門(mén)作禁油閥門(mén)泄漏量級別相應于美國 ANSI B16.104的處理,并在閥門(mén)明顯處用藍色標記標明:禁油;所 Class V級,不能低于Ⅳ級,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。氧氣流速限制應參照壓縮氣體落;閥門(mén)所有流道包括閥門(mén)唇口應做噴涂硬化處協(xié)會(huì )手冊(CGA)G-4.4(最新版),GEMS-11D6理,并保證鍍層不會(huì )脫落;閥門(mén)設計的超壓范圍大和 IGC Doc13/02/E氧氣管道系統的規定;所有與于其最大工作壓力的150%;調節閥的可調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)應為 INCONELL。具3.4合成氣壓力調節閥技術(shù)規格體規定不應低于工藝包要求;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)或計劃停車(chē))時(shí)TA-LUFT的外泄漏標準。氣化爐壓力由調節閥自動(dòng)調節,調節閥位于水洗塔3合成氣出口切斷閥和調節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節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)它調節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,在達到全負荷時(shí)通過(guò)調節閥的氣體流速很高,置洗滌塔頂部合成氣去火炬系統,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)達到最高壓差,即洗大量工藝蒸汽,物料流過(guò)閃蒸閥節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,導致磨損會(huì )比較嚴重。過(guò)去的做法是將第一嚴格的技術(shù)要求級閃蒸閥分解為兩個(gè)串連的減壓調節閥,這樣把每壓力調節閥的技術(shù)要求如下:洗滌塔壓力調臺閥的前后壓差降低50%,經(jīng)過(guò)每臺閥閃蒸出節是根據設計條件中規定的流速決定流通能力的。來(lái)的工藝蒸汽量相應減小,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該能夠滿(mǎn)足排放較大改觀(guān)。黑水調節閥推薦為角閥,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,是根據工藝包中規藝,為防止閃蒸對閥門(mén)造成的破壞,出口配套錐定的正常操作/設計條件的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)系統的壓力立即升因為合成氣在通過(guò)95%~100%全開(kāi)的閥時(shí),遇到了阻礙。此壓力是穩定洗滌塔壓力,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)應該通過(guò)壓力調節器關(guān)閉。然后操作者會(huì )緩環(huán)黑水慢對氣化爐降壓,因此要求壓力閥再打開(kāi),以平衡不同的差壓當下游裝置準備接收合成氣時(shí),壓力調節閥應該克服差壓,緩慢關(guān)閉。洗滌塔壓力切斷閥也同時(shí)圖6黑水調節閥布置關(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)應在裝置中,設計的閥門(mén)應該滿(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。管道的敷設和閥門(mén)的安裝,應該考慮到防止洗4結束語(yǔ)滌塔合成氣的蒸汽冷凝。如果出現冷凝現象會(huì )使要實(shí)現水煤漿氣化生產(chǎn)裝置過(guò)程自動(dòng)化,在設控制閥被灰粉堵塞。該閥選用硬密封凸輪撓曲閥,計過(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,氣化爐壓力調節閥正確的執行方法。根據工況條件及工藝數據,正確閥芯閥座材質(zhì)應為硬化處理不銹鋼,閥門(mén)泄漏量級地選擇現場(chǎng)儀表,要做到這一點(diǎn),不僅要遵循各種別不低于相應于美國 ANSI B16.104的 Class M標準、規范等指導性文件,還要參考類(lèi)似裝置中的級。調節閥執行機構按照工藝包計算,應采用氣缸選型狀況,項目具體的經(jīng)濟運行狀況,以往裝置中活塞式執行機構。的使用經(jīng)驗。作為控制系統,現場(chǎng)儀表是不可分割該閥雖然屬于調節閥,在后續開(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),穩定后,基本上處于全關(guān)狀態(tài)。用一般調節的循環(huán)頻率、次數,符合嚴格的金屬密封等級要求,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上,選擇了最大開(kāi)度Cv服高壓差,嚴重沖刷,防止排渣過(guò)程溫差變化大閥值的調節閥門(mén)門(mén)抱死。為氣化裝置的安、穩、長(cháng)、滿(mǎn)、優(yōu)操作提供3.5黑水調節閥了保障。氣化裝置中,氣化爐底到氣化高溫熱水器設置參考文獻1臺黑水液位調節閥,洗滌塔底部到高溫熱水器設1賀明德.現代媒化工技術(shù)手冊L(fǎng)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社置2臺黑水調節閥,黑水調節閥門(mén)布置如圖6所示。2005:1437-1472這些調節閥工作溫度較高,壓降大,灰渣含量2王旭賓.德士古煤氣化裝置設計問(wèn)題探討[J].煤化工,2001,(94);31-34也最高,應能夠耐受通過(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)控制設計手冊[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,