水煤漿氣化裝置中氧氣切斷球閥的選型

第49卷第5期石油化工自動(dòng)化VoL. 49, No 52013年10月AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYOctober, 2013水煤漿氣化裝置中氧氣切斷球閥的選型賈瑋,李濤(華陸工程科技有限責任公司,西安710065)摘要:水煤漿氣化裝置中的氧氣切斷球閥根據流程的需要必須在規定的時(shí)間內準確打開(kāi)或者關(guān)閉,從閥門(mén)型式的確定、閥體和閥內件材質(zhì)的選擇、閥門(mén)泄漏等級要求以及相關(guān)配套附件的選擇上,闡述了氧氣閥門(mén)的選型。隨著(zhù)國內某些裝置的開(kāi)車(chē)運行投產(chǎn),業(yè)內已經(jīng)開(kāi)始嘗試氧氣切斷球閥備品的部分國產(chǎn)化,并在實(shí)際使用后運行狀況良好。關(guān)鍵詞:煤氣化技術(shù)水煤漿技術(shù)氧氣切斷球閥閥門(mén)選型國產(chǎn)化中圖分類(lèi)號:TH138.52文獻標志碼:B文章編號:1007-7324(2013)05-0072-04近十年來(lái)受到國際油價(jià)持續攀升、國內外投資2.1GE氣化爐裝置中氧氣切斷球閥位置及參數環(huán)境日趨變好等因素的綜合影響,促使國內的煤制特殊性甲醇,煤制油、烯烴和二甲醚(CH3OCH3)等具有目前,GE技術(shù)流程中的氧氣切斷球閥的安裝能源替代概念的新建和改擴建煤化工產(chǎn)業(yè)項目持位置如圖1所示。續升溫。煤氣化技術(shù)是煤化工產(chǎn)業(yè)中不可缺少的放空步,即將固體煤轉化成含有CO,H2,CH4等可燃氣體和CO2,N2等非可燃氣體的粗合成氣,在提氧氣支管純、分離后為下游產(chǎn)品使用。前切斷閥了室>2上游,下游切斷閥切斷閥XV-41XV-03XV-041工藝流程簡(jiǎn)介本文主要分析在煤氣化行業(yè)氣化流程中使用的氧氣閥門(mén)。煤氣化技術(shù)的分類(lèi)有多種,如果是根氣化爐B據爐內氣固狀態(tài)和運動(dòng)形式來(lái)分類(lèi),則主要有三大類(lèi):以塊煤(10~50mm)為原料的固定床;以碎氣化爐A煤(小于6mm)為原料的流化床;以粉煤(小于圖1GE爐氣化流程氧氣切斷球閥位置示意0.1mm)為原料,在1300~1500℃溫度下進(jìn)行反以氧氣上游切斷球閥(XV-03)和下游切斷球應的氣流床閥(XV-04)為例,國內某已投產(chǎn)項目6.5MPa(表目前,國內在建或者投運的裝置中,大多數采壓)氣化爐反應壓力的流程中閥門(mén)的參數為:管徑用氣流床技術(shù)。具有代表性的有:進(jìn)口技術(shù)GE200m;所在管道材質(zhì)為0Crl8N9(即304sS);閥前(德士古)爐、殼牌爐和國產(chǎn)技術(shù)航天爐、四噴嘴等。壓力為8.1MPa(表壓);閥后壓力為8.06MPa(表隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟,氣流床氣化爐的反應壓);管線(xiàn)溫度為32℃(下游閥管線(xiàn)最高溫度壓力已經(jīng)從2.0MPa提升到6.5MPa,并且成為450℃);閥門(mén)最大切斷壓力為132MPea(表壓)主流裝置使用的反應壓力。近期,也有向更高壓力2.2閥門(mén)型式的確定等級發(fā)展的趨勢,且已有少數項目裝置使用的反應根據上文所述的閥門(mén)位置和參數情況,氧氣切壓力達到8.7MPa。斷閥的應用場(chǎng)合是:緊急情況下阻斷上游介質(zhì)2氧氣切斷球閥的選型(O2)進(jìn)入下游氣化爐反應區。但是,如果工藝管O2在煤氣化工藝流程中是不可缺少的反應介線(xiàn)的尺寸突然變小,會(huì )使得經(jīng)過(guò)管線(xiàn)的O2介質(zhì)的質(zhì)。O2不僅具有助燃性,而且是以蒸氣形式在高流速發(fā)生變化,流速的變化又會(huì )使O2介質(zhì)對所在溫髙壓環(huán)境下與煤粉混合進(jìn)入氣化爐反應。因此,管線(xiàn)造成一定破壞影響。因此,為避免O因流速造氧氣管線(xiàn)上的閥門(mén)發(fā)生任何外漏或者內漏情況,都會(huì )引發(fā)燃燒甚至爆炸等嚴重后果更嚴重的還可能稿件收到日期:2中國煤化工13-08-12造成生命財產(chǎn)的重大損失。作者簡(jiǎn)介:賈瑋(CNMHG畢業(yè)于西安科下面以典型的GE氣化爐流程中用到的氧氣切技大學(xué)電控學(xué)院自就職于華陸工程科技有限責任公斷閥為例簡(jiǎn)單介紹一下特殊工況下切斷閥的選型。司電控室,從事化工自動(dòng)化工程設計,任工程師。第5期賈瑋等.水煤漿氣化裝置中氧氣切斷球閥的選型成的影響,氧氣管線(xiàn)內必須避免出現影響流速變化2)氧氣工作壓力為3MPa10MPa(絕壓)時(shí),v=4.5m/s(撞擊場(chǎng)合)。驗筆者通常2.3.2閥門(mén)及其內件材質(zhì)的選擇CNMHG質(zhì)。在選擇閥什,叫假諧不同材質(zhì)的閥門(mén)閥體及其相關(guān)內件的選材都要參考上述自身特性,以提高閥門(mén)材質(zhì)來(lái)降低對流速的要求74石油化工自動(dòng)化49卷一般工況下, Monel, Inconel要求以流速不超過(guò)邏輯系統輸出50m/s為宜。因此,常規做氧氣閥門(mén)內件材質(zhì)的只有 Inconel和 Monel。但是,由于 Inconel625在高溫應用場(chǎng)合較 Monel更有優(yōu)勢,故閥門(mén)內件材電磁閥A電磁閥B質(zhì)選擇如下:閥門(mén)內件材質(zhì)選用 Inconel625加表XD儀表空氣面硬化處理(給出厚度要求);閥桿/套筒材質(zhì)選用非勵磁nonel x-750或 Inconel718;閥門(mén)密封環(huán)材質(zhì)選非勵磁放空用無(wú)油脂模壓石墨(含碳量低);上閥蓋要用雙填圖3電磁閥冗余連接方式示意料,填料選用耐高溫無(wú)油脂石墨(可耐468℃)由于接觸的介質(zhì)是氣體,工作壓力又達到由于氧氣切斷閥都是參與氣化聯(lián)鎖的,根據安8.1MPa(G),根據項目中管道材料等級的規定全儀表相關(guān)設計規范以及工藝要求,切斷閥上所配法蘭需要采用RTJ端面形式的整體鍛造法蘭。的電磁閥應該滿(mǎn)足SIL3等級認證。24閥門(mén)密封等級另外,如果電磁閥安裝位置距離放置在機柜間由于O介質(zhì)特殊的物性氧氣切斷閥的密封要內的電源柜較遠(以350m為界),建議電磁閥的求較高,一般位置閥門(mén)要達到: ANSI B16.104W供電電源選用22(AC)。如果裝置的環(huán)境溫度級,并為金屬密封在極限時(shí)會(huì )達到或者低于一20℃時(shí),建議選用耐上、下游的切斷球閥(XV-03/04)所處位置特低溫型電磁閥殊,在裝置停車(chē)或者緊急停車(chē)情況下,需要對氧氣閥位開(kāi)關(guān)一般選用本安型接近式閥位開(kāi)關(guān)管線(xiàn)及閥門(mén)進(jìn)行氮氣吹掃,因而這2臺閥門(mén)還要耐( NAMUR型),開(kāi)位和關(guān)位各一個(gè),閥位開(kāi)關(guān)提供1對NO/NC轉換接點(diǎn),閥位開(kāi)關(guān)的防爆等級為受高壓氮氣管線(xiàn)132MPa(G)的反吹掃壓力。所以Ex ia l ct4,防護等級為IP65,帶小型防爆接線(xiàn)閥門(mén)(XV-03/04)還需要滿(mǎn)足雙向硬密封ANSIⅥ盒。SIS更關(guān)注XV-03/04對關(guān)位置的反饋信息,的特殊密封要求。2.5閥門(mén)執行機構選擇因而通常選用2個(gè)關(guān)位置開(kāi)關(guān)和1個(gè)開(kāi)位置開(kāi)關(guān)。而對氧氣放空管線(xiàn)閥門(mén)(XV-05)更關(guān)注的是開(kāi)位執行機構要確保在失去儀表氣源或者電源的置的反饋,因而通常會(huì )選用2個(gè)開(kāi)位置開(kāi)關(guān)和1個(gè)情況下,氧氣切斷閥能夠回到關(guān)閉的位置。通常裝關(guān)位置開(kāi)關(guān)。置現場(chǎng)儀表的儀表空氣壓力不低于0.4MPa(G),閥位變送器的作用也是將閥門(mén)的開(kāi)或者關(guān)的狀執行機構尺寸選擇要滿(mǎn)足在0.4MPa(G)壓力下態(tài)反映到SS由于上、下游切斷閥和放空管線(xiàn)切斷能夠完全使閥門(mén)動(dòng)作。同時(shí)還需要確保執行機構閥的位置狀態(tài)都十分重要關(guān)系到停車(chē)時(shí)O2是否已尺寸的選擇應該能夠在最大壓差的1.25倍(作為經(jīng)切斷或者開(kāi)車(chē)時(shí)O循環(huán)是否已經(jīng)建立。因此,上最小值時(shí)對關(guān)閉件進(jìn)行定位,最大壓差可能出現述三處閥門(mén)都選用本安型閥位變送器變送器的防在正常操作或者開(kāi)車(chē)時(shí),以大的值作為最大壓差爆等級為ExiaⅡCT4防護等級為IP65,并且帶有根據上述要求,計算選擇執行機構,有必要時(shí)體式接線(xiàn)盒。閥位變送器和閥位開(kāi)關(guān)一起進(jìn)行“3還需要配置儲氣罐。執行機構的動(dòng)作時(shí)間也有特取2”選擇來(lái)判斷閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)。殊的要求。通常所涉及的氧氣切斷閥要求從開(kāi)到2.7其他要求關(guān)、從關(guān)到開(kāi)的時(shí)間,都要控制在3s以?xún)?。因為O2在流動(dòng)中遇到毛刺或者凹槽,都會(huì )產(chǎn)2.6閥門(mén)其他附件選擇生高速摩擦積聚大量熱能,如果遇到碳化合物,可氧氣切斷球閥需要參與流程中的聯(lián)鎖因而需能就會(huì )產(chǎn)生爆炸所以閥門(mén)內件表面的光潔度要達要在閥門(mén)上配套選用電磁閥閥位開(kāi)關(guān)和閥位變送到ISO8501-1Sa2的要求。器等附件。上、下游氧氣切斷球閥(XV-03/04)需閥體和閥內件在組裝前后都應該進(jìn)行禁油脫要根據聯(lián)鎖事件的要求準確地打開(kāi)或者關(guān)閉,因脂處理,以防內腔在制造過(guò)程中產(chǎn)生或者遺留的鐵此,選用冗余連接的雙電磁閥,即保證在任意一只屑、油脂灰塵極小固體顆粒等,在O2介質(zhì)通過(guò)電磁閥動(dòng)作失靈的情況下,另外一只電磁閥還可以閥門(mén)時(shí)產(chǎn)生麻習地比式求雄等危險后果。及時(shí)動(dòng)作使閥門(mén)關(guān)閉,避免了因為閥門(mén)沒(méi)有及時(shí)關(guān)3氧氣閥閉導致O2介質(zhì)提早進(jìn)入反應爐,引發(fā)爆炸等危險3.1長(cháng)期愎AL巴情況。電磁閥冗余的連接方式如圖3所示。從以上敘述不難看出,對于反應壓力較高裝置第5期瑋等.水煤漿氣化裝置中氧氣切斷球閥的選型中氧氣切斷閥材質(zhì)要求很高。為了提高氧氣切斷參考文獻球閥抗高壓氮氣吹掃的能力球體和閥座表面需進(jìn)1賀水德現代煤化工技術(shù)手冊[M北京:化學(xué)工業(yè)出版行硬化處理。硬化處理需考慮硬化材質(zhì)與基體材[2]薛君玉,羅讓,譚易和,等.GB50030-2007氧氣站設計規質(zhì)的結合強度、硬化層厚度、硬度、孔隙率及與O2范[S].北京:中國計劃出版社,2007.的兼容性等。加上介質(zhì)和工況的特殊性,對于閥門(mén)[3]陸德民張振基,黃步余石油化工自動(dòng)控制設計手冊[M的泄漏等級要求極高,即有較高的加工精度才能實(shí)3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000現。由于受到早期國內材料生產(chǎn)技術(shù)和閥門(mén)加工[4]黃步余李麗華SH300199油化工自動(dòng)化儀表選技術(shù)的制約,導致氧氣閥門(mén)依賴(lài)進(jìn)口。設計規范[S].北京:中國石化出版社,199[5]曾慕成,馬大方,劉凌燕,等GB16912-2008深度冷凍法長(cháng)期使用進(jìn)口閥門(mén),會(huì )使投資成本加大,另外生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規程[S].北京:中國石化出生產(chǎn)加工周期長(cháng),導致工程進(jìn)度受制約,從而使投版社,2008資收益延緩。[6]安鐵夫梁達,孫建文,等.化工自控設計規定[S]北京:全3.2國產(chǎn)化的可行性國化工工程建設標準編輯中心,2000隨著(zhù)近些年國內加工技術(shù)的快速發(fā)展和大型[7]明賜東調節閥計算選型使用M成都成都科技大學(xué)出版社,1999高精度設備的引進(jìn), nonel和Mone等材料目前【8』黃步余,王建民,王玉華石油化工安全儀表系統設計規范在國內已經(jīng)可以有效供應,其品質(zhì)完全可以滿(mǎn)足工[S]北京:中國石化出版社,2004.藝要求。而且國內閥門(mén)制造商在生產(chǎn)時(shí),還將閥體[9]張清雙尹玉杰明賜東閥門(mén)手冊:選型[M]北京:化學(xué)整體都選用鍛件再配合高精度的加工設備。目前工業(yè)出版社,2013.閥門(mén)的裝配精度和泄漏等級已經(jīng)可以和國際產(chǎn)品101楊源泉閥門(mén)設計手冊M北京:機械工業(yè)出版柱19[11]張景軒石磊控制閥內件磨損分析[J].石油化工自動(dòng)化,媲美。2006,42(05):85-884結束語(yǔ)[12]康茜控制閥在苛刻工況下的應用[J]石油化工自動(dòng)化,氧氣切斷球閥的選型對于整個(gè)氣化裝置是非常2009,45(02):70-73.重要。從閥門(mén)型式確定、閥內件材質(zhì)選擇以及相關(guān)13]何衍慶,邱宣振楊潔等控制閥工程設計與應用[M]北附件的選擇等,都需要依據相關(guān)設計規定,并且根據京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005[14]吳勤勤控制儀表及裝置[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版具體的使用工況選擇適用的材質(zhì)和附件。目前,國內的煤化工技術(shù)正在穩健發(fā)展,有的裝置已經(jīng)部分15王森紀綱儀表常用數據手冊[M]2版北京:化學(xué)工業(yè)出使用了國產(chǎn)閥門(mén),相信未來(lái)還將會(huì )有更好的發(fā)展版社,2006.賽默飛第十屆 ICP-MS用戶(hù)會(huì )取得圓滿(mǎn)成功近期科學(xué)服務(wù)領(lǐng)域的世界領(lǐng)導者賽默飛世爾科技(中國)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng):賽默飛)在桂林召開(kāi)了第十屆 ICP-MS用戶(hù)會(huì ),來(lái)自地質(zhì)、高?？蒲性核部?、藥檢等各領(lǐng)域的130余名客戶(hù)參加了會(huì )議。各領(lǐng)域的客戶(hù)專(zhuān)家就地質(zhì)礦產(chǎn)、金屬材料、環(huán)保等方面與參會(huì )客戶(hù)進(jìn)行儀器使用經(jīng)驗交流取得了極好的會(huì )議效果會(huì )上,賽默飛色譜質(zhì)譜高級商務(wù)運營(yíng)總監杜平先生首先為大家介紹了公司的發(fā)展情況,指出賽默飛一直致力于幫助客戶(hù)使世界更安全、更健康、更清潔,并對各位的到來(lái)表示了誠摯的謝意來(lái)自中國科學(xué)院長(cháng)春應用化學(xué)研究所的陳杭亭研究員,上海中科院硅酸鹽研究所的汪正副研究員,中國計量科學(xué)研究院的馮流星副研究員,浙江省農業(yè)科學(xué)院農產(chǎn)品質(zhì)標所的張永志,清華大學(xué)分析中心的工程師李銘,貴州省疾控中心的主任技師殷忠老師以及來(lái)自賽默飛的技術(shù)專(zhuān)家荊淼、陸文偉分別作了大會(huì )報告,全面解讀了賽默飛新推出 CAPMQ ICP-MS儀器的特點(diǎn),與會(huì )人員一致認為該儀器具有出色的可靠性及專(zhuān)業(yè)高性能,不僅靈敏度高,準確度好而且操作簡(jiǎn)單、穩定性好,能夠方便地幫助大家解決工作中遇到的各種疑難問(wèn)題。杜平先生希望賽默飛的 ICP-MS技術(shù)能夠得到更好地擴展,未來(lái)能夠更好地為客戶(hù)服務(wù)。(賽默飛世爾科技(中國)有限公司)中國煤化工CNMHG