淺談合成氣放空閥的選型

趙大鵬

(江蘇索普(集團)電儀廠， 江蘇鎮江 212006)

現代煤化工多噴嘴對置水煤漿氣化技術是將水煤漿與空分送來的8.2 MPa高壓氧氣通過兩對對置工藝燒嘴進入氣化爐，進行部分氧化反應制得粗合成氣。反應后的粗煤氣和熔渣一起流經氣化爐底部的激冷室激冷后，將氣體和固渣分開，激冷后的粗煤氣再經混合器、旋風分離器和水洗塔三級洗滌除塵后，溫度約242 ℃，壓力6.2 MPa，經管道輸送至變換及熱回收工段。水洗塔出口合成氣水汽比約為1∶4,含塵量小于1 mg/m3(標態)。氣化爐投料的初始階段，水洗塔出口合成氣組分指標很難控制，特別是含汽、含塵、含灰指標通常較大。

1 合成氣放空調節閥運行的生產工藝和使用條件

氣化爐壓力在氣化裝置開車和停車時由合成氣放空調節閥自動調節，調節閥位于水洗塔頂合成氣出口放空到火炬的管線上。開車時通過調節閥逐步升高氣化爐壓力，當達到需要的最大壓力時，通過調節閥的氣體流速很大，高速氣體的氣蝕和其中灰渣顆粒的磨蝕危害很大。氣化爐升壓到向變換工段送氣時，閥門由幾乎全開到全關閉，閥前壓力逐漸升高，兩端壓差逐漸加大，全關時閥前壓力達到最高，即氣化爐正常操作壓力，此時要求閥門不能泄露[1]。當氣化爐系統超壓時，切斷閥緊急打開，放空閥進行壓力自動調節。控制系統流程圖見圖1。

2 合成氣放空調節閥的特點

合成氣壓力調節系統放空閥要求具有調節功能、關閉時間快、泄漏量低(VI 級密封)等特點。系統壓力控制要求儀表準確、可靠，閥門具有動作可靠、調節穩定、調節性能高、流通能力大、泄漏量低和耐沖蝕等特性。系統壓力放空調節閥通常采用不同口徑的閥門進行分程調節，以確保壓力調節的精度，維持系統壓力的穩定及避免系統超壓現象的發生，這樣也可延長閥門的使用壽命，降低造價。

圖1 合成氣壓力分程調節控制系統圖

3 套筒閥的運行特點

合成氣放空工況下，設計時主要考慮低噪音套筒閥。

梅索尼蘭4100系列合成氣放空調節閥是煤化工行業中放空閥的首選閥型。根據設計要求，該放空閥一般設為一大一小(18″和8″)兩個分程調節閥門，閥門類型為單座套筒閥。主要特點為內件材質采用馬氏體硬質不銹鋼，承受大壓差，能抗擊高溫、含固顆粒、大氣流的沖刷。閥內件的籠式結構有效地將放空造成的噪音降低到110 dB以下(降噪孔直徑不小于6 mm)。較好的等百分比和線性雙調節特性使系統在運行過程中壓力始終保持穩定。

梅索尼蘭放空閥對氣化爐系統進行的升、降壓控制，非常穩定可靠。特別是在氣化爐出現系統異常超壓時，放空閥能非常迅速地打開并自動進行壓力調節，保證了系統的安全。

4 套筒閥的使用缺陷及處理方法

低噪音套筒閥在使用時存在一些問題，特別是常出現大閥振動及卡死現象[2]。拆卸閥芯后檢查發現套筒內積滿了煤灰，降噪孔被大面積堵塞并凝結成硬塊，閥芯已不能動作[3]，只能拆卸閥芯，取出套筒，用手槍鉆鉆孔清垢后，再用細砂紙打磨結垢。

遇到閥芯卡住的情況，目前可采用以下幾種方法來解決:

(1) 在氣化爐開車前，控制系統濁度在80 mg/L以下，保持放空的合成氣較潔凈，避免將閥芯降噪孔堵塞。

(2) 始終保持進碳洗塔上塔的低溫變化冷凝液量不少于40 m3/h。保證水量可以有效地清洗、濕潤放空的合成氣，使灰渣不易在閥芯結垢、結晶。

(3) 對閥門外套筒進行改造，在保證強度的前提下，在易堵塞的套筒上下部，將連續的幾個降噪孔打通，形成導流槽，可以增大閥芯的流通能力(見圖2)，使較大顆粒能通過閥芯，基本不會再造成閥芯卡死。

圖2 改進的套筒閥閥芯

(4) 在放空調節閥前的放空切斷三偏心蝶閥上增加閥門定位器等調節氣路，增加調節性能，在放空閥卡住時通過蝶閥調節系統壓力，完成系統升壓，避免停車。卡住的放空閥在氣化爐退出運行后再檢修。

5 放空閥的其他選型方案

套筒式合成氣放空閥開車時容易被灰渣卡住，對裝置的運行有一定的影響，因此在該工況條件下，可選用其他種類的閥門。

(1) 偏心旋轉閥

2007年山東魯化采用上海大通自控設備有限公司的900LB偏心旋轉閥作為合成氣放空閥，一直運行得較好，無維修記錄。該偏心旋轉閥的主要特點為結構簡單，流道暢通，不會造成閥芯卡住[4](見圖3)；大功率執行機構及高強度的零件設計，閥芯采用燒結碳化鎢、閥桿采用Inconel 750材質，可保證閥門強度，克服大壓差工況；但需要降低一點噪音指數和密封性能。

圖3 偏心旋轉閥閥芯結構圖

(2) 閥桿雙導向型閥

河南心連心氣化項目選用Flowserve集團下的 Valtek 系列調解閥，如采用Make one型Globe閥。這種閥門的特點為閥芯與閥桿一體化整體鍛造設計,使用粗閥桿和不易損件的閥塞密封環，閥桿上下雙導向，導向面積大、對中性好，適用于高溫、高壓差的工況 。Valtek取消了籠式導向,套筒開孔特別大(該閥類似于國內的大套筒閥)，這樣閥芯不會卡住。閥芯結構見圖4。與套筒閥相比，其調節性能和密封效果要差一些。

圖4 Valtek閥芯結構圖

(3) 流通能力較大的閥

采用流通能力較大的閥型，在閥門后面加降噪板。如果降噪板焊接在管道上，則不方便清理；如果降噪板是由法蘭連接在管道上，則增加泄露點。因此這種方案一般不采用。

6 結語

在水煤漿加壓氣化工藝系統中，合成氣放空壓力調節閥起到了非常重要的調節功能。在幾種閥門的選型方案上，也各有利弊，要參考類似裝置中的選型狀況,項目具體的經濟運行狀況,以往裝置中的使用經驗[5],同時還要考慮各化工裝置采用的煤種、渣水運行的濁度控制水平等工藝參數的影響。