水媒浆加压气化装置用锁渣阀的研制.pdf

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1、伽石油／化I通用机械GMiHPelroleHm＆ChemicnllndH咖354中核苏阀科技实业股份有限公司(江苏苏州215129)周玉【摘要】介绍了水煤浆加压气化装置用锁渣阀的结构及性能特点，分析了在设计过程中所遇到的技术难点及相关解决方案，阐述了密封面材料配对形式的选择及机加工工艺的特殊要求。【关键词】水煤浆锁渣阀硬密封材料一、前言随着国内煤化工产业的不断升温，水煤浆、多元料浆(以下统称水煤浆)气流床加压气化制取水煤气的生产工艺被大量采用。水煤浆气化工艺是在1350℃、40MPa以上的高温、高压条件下，使水煤浆和氧气

2、进行氧化还原反应，使煤部分变成煤气。煤气经过激冷水浴、洗涤、除尘制成水蒸气饱和的合成气通用觚黼www．cb]x“)m2叭4年第2期送出，而煤中部分未燃尽的碳和不可燃的灰分在高温下形成熔渣经水冷却和破渣机破碎，通过锁斗定期排入渣池。整个生产过程不仅存在高温、高压、易燃、易爆的气体介质和固体颗粒介质，还要求整个排渣集渣过程服从程序控制。在锁斗系统中，阀门用于具有高温、高压和高磨蚀等特点的集渣和排渣循环过程，开关频率高且在高压条件下具有严密密封性。因此，锁渣阀必须具有完善的结构设计、合理的材料配置、良好的制造工艺和设备、先进的

3、表面处理技术和免维护的高输出力矩的执行机构，以确保其安全、快速、连续不间断地长寿命工作。水煤浆加压气化装置上使用的锁渣阀，一般采用气动两位开关球阀，用于控制气化炉的排渣程序，由于位置关键、技术要求高，造价也非常高。二、工况特点及技术难点1．工况特点通常介质为含固态矿渣和灰分的高温渣水，不但对阀体的流道具有较大的冲蚀，对阀门的球体及阀座等动部件及密封面冲蚀和磨蚀更大，介质易粘结，要求阀内件必须经过高技术的硬化处理使阀门具有较高的耐磨性能。除了考虑硬化材质硬度外，更重要的是硬化工艺，除了硬度指数以外，其他指数也同样重要，如厚

4、度、与基材结合力度、在温度骤变工况的硬度值及结合力、局部超大压力因素及局部大颗粒因素等。在正常生产中开关次数要求频繁，高压到低压、高温到低温的交替变化较大，要求阀门除标准产品具有的非常好的使用寿命和较高的密封等级外，更要考虑完全满足严酷工况的设计、制造和检测工艺。在整个循环过程中运行的工艺介质一般为占20％固体颗粒的渣水混合物，混合物中固体颗粒最大的粒度可达50mm。1)工况系统高压力所形成的高速流体对阀门内件，如阀座、阀杆和关闭件等造成极大冲击，极易对内件表面快速冲蚀，使内件损坏。2)渣水混合物中具有无数大大小小的硬质

5、颗粒掺杂在高速流体中流动，对阀门内件撞击并冲刷，使阀杆与轴孔、阀座与关闭件接触表面间产生严重摩擦，从而发生剧烈磨损，使阀门打不开或关不严。3)渣水混合物本身具有一定的腐蚀性，容易腐蚀被固体颗粒介质冲击破坏而暴露的新鲜表面，从而使阀门加速损坏。4)渣水混合物的灰渣极易积沉并黏附在关闭件表面，微小的灰渣甚至会侵入阀座组件的内部，造成阀座活动失效，使阀门泄漏甚至无法使用。5)锁渣阀的口径一般较大，在高压力流体介质的作用下，对阀门密封面将形成较大的密封比压。同时，阀门在高压状态下开启，而固体颗粒介质的摩擦阻力较大，容易造成阀门卡

6、阻现象。因而阀门实际开启力矩远远大于一般流体介质在相同压力下的力矩。2．主要的技术难点相对普通的硬密封球阀来说，水煤浆气化装置用锁渣阀要适用于高温、高压、强冲蚀及强腐蚀等工况条件，还要承受频繁开关的恶劣工况，在设计和制造中存在不少技术难点。1)锁渣阀开关频繁(每半小时开关1次)，极易造成密封表面的磨损。2)水煤浆加压气化装置用锁渣阀采用金属材料为密封面，需要较高的密封比压，因此如何从设计上保证适当的密封比压，提高零件的几何公差以及降低表面粗糙度值要求是十分重要的。3)密封副表面硬度要求高，煤粉颗粒的硬度较高，此工况下在阀

7、门关闭状态时要求球体和阀座表面硬度层有较高的硬度，否则煤浆颗粒附在球体表面上，从而破坏球体表面，以至于影响到阀门的整体密封性能。4)由于介质中含有大量灰渣，易导致弹簧卡右油／化I通用机械G疆峨GMinP或Pol棚m＆chemicalInllust堪死，因此对弹簧要求较高，在结构上也得充分考虑。5)自洁功能。在阀门的启闭过程中，由于煤浆的吸附性较强极易粘在球体表面上，介质颗粒被带到阀座与球体的密封面之间，破坏了球体与阀座之间的密封副，从而影响阀门的密封性能，使用寿命大大缩短。这就要求阀门具有很好的“自洁”功能，以保证球体和

8、阀座密封副不被破坏。三．解决方案根据以上技术难点，要研制出相应水煤浆气化装置用锁渣阀，就须有切合实际的可行性解决方案。(1)采用对中两体式、球、杆一体式且防吹出结构设计阀杆与阀球采用一体式连接，下部支架与阀球为一体锻造而成，对阀球起到支撑作用，同时克服上游介质的压力。球杆采用一体式设计，既保证了球体的对中性，又避免了