動化,2009,3:33過程控制AUTOMATION IN PETRO- CHEMICAL INDUSTRY水煤漿氣化工藝過程中的特殊閥門袁自偉(中國石化集團寧波工程有限公司,浙江寧波315103)摘要:根據(jù)水煤漿氣化工藝的特點和特殊要求,結(jié)合實際使用狀況,闡述了氣化工藝中重要閥門的選型原則,為同類裝置的工藝設(shè)計和儀表選型提供了參考依據(jù)。涉及的主要閥門有:耐沖刷和頻繁動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)閥;滿足正常調(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;選擇;氧氣;合成氣;黑水中圖分類號:TP214文獻標志碼:B文章編號:1007-7324(2009)03-0033-0Special Valves 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 beand 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 andblock 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,德士古、殼牌煤氣化在中國廣氧氣進料入口泛應(yīng)用,尤其是德士古水煤漿加壓氣化工藝(簡稱氧氣進料入口!煤漿進料入口TCGP),是美國德士古石油公司( TEXACO)在重油氣化室耐火磚氣化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,后經(jīng)各國生產(chǎn)廠家及研合成氣出口究單位逐步完善,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)。激冷環(huán)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)和安全運行。氣化單渣水元中,所有進口閥門的投資占了設(shè)備費用的20%氣化單元運行得好壞,閥門起到了關(guān)鍵的作用中國煤化工構(gòu)2工藝流程介紹THCNMHG圖1為氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖。煤、蒸汽在氣化爐作者簡介:袁自偉(1965-),男,1988年畢業(yè)于清華大學(xué)化工內(nèi)進行部分氧化反應(yīng),制取原料氣,原料氣經(jīng)過激系,長期從事石油化工設(shè)計工作,任中國石化集團寧波工程有限公冷、洗滌除去炭黑后送往CO變換工序。氣化過程司副經(jīng)理,高級工程師石油化工自動化2009年渣水體積的1%,粒度1~2cm的渣體占渣水體積氧氣系統(tǒng)的5%。粒度1cm的渣體占渣水體積的10%,粒某漿制備氣化合成氣洗滌脫硫脫炭度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%,最大極限粒查斗除渣黑水循環(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)全截面開關(guān)球閥,3特殊閥門氣化單元的主要閥門有:氣化爐鎖渣閥和榘軸球一體,球芯與球桿一體化結(jié)構(gòu)。氣化爐渣收集在充水的鎖渣罐中,通過順序控水閥,氧氣閥門,水煤漿切斷閥,黑水/灰水閥,氣化制定期隔離和排空,控制閥按一定的頻率全開和全爐燒嘴冷卻水切斷閥,鎖渣閥和沖洗水閥,氣化爐高壓氧氣管線切斷閥,合成氣切斷閥等,下面對這關(guān),過程具有化學(xué),機械等強腐蝕和磨蝕。些閥門逐一進行說明鎖渣罐入口閥常開,出口閥和沖洗水入口閥常3.1氣化爐鎖渣閥和沖水閥閉,鎖渣罐入口和出口閥的取向是垂直方向,沖水閥為水平取向氣化爐鎖渣閥和沖水閥布置如圖3所示閥門應(yīng)提供能順利排渣的設(shè)計,最小10°次循來自氣化爐環(huán)操作。閥門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。黑水閥門為高溫鎖渣閥結(jié)構(gòu),閥體和內(nèi)件體的金屬和保護涂層應(yīng)考慮在沖擊、腐蝕和磨蝕下有最好的黑水可用性。對鑄造、鍛造和加工的閥體,在操作狀態(tài)下,碳鋼閥體和閥蓋的整個金屬層留有一定的腐蝕鎖黑水沖洗裕度。鎖渣閥球體為耐高溫和熱沖擊設(shè)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(yīng)附著牢固,使用過程中不能脫落。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。閥門內(nèi)部流3.1.1閥門概況路設(shè)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。閥座為抗固體顆粒設(shè)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(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(上面1臺常開,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(cè)面各有1臺沖水閥閥門轉(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,開關(guān)次數(shù)頻繁,要求在水結(jié)構(gòu)高壓差情況下,雙向嚴密密封,對閥門結(jié)構(gòu)和材質(zhì)要球閥必須有閥腔自動卸壓功能,當(dāng)閥門關(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,能自動卸壓至壓條件和鎖渣閥基本類似。但是由于開關(guān)次數(shù)少和差力低壓變化小,在硬化處理上的要求不如鎖渣閥嚴格中國煤化工強度:當(dāng)球體被某種3.1.2工藝介質(zhì)條件桿不CNMH{應(yīng)為適合于規(guī)定煤氣化后排放煤渣時,閥門所通過流體內(nèi)含有的最大壓力和溫度,填料盒應(yīng)有一個外部可調(diào)裝定渣量的熱水,固體含量大約為20%。渣水混置,以便在運行期間可以調(diào)整。閥鑄件必須經(jīng)過固合物中渣的粒度和分布:粒度3~5cm的渣體占溶及消除應(yīng)力的處理,螺栓、螺母必須是鍛件,材料袁自偉,水煤漿氣化工藝過程中的特殊閥門不低于316L材質(zhì)。及裝置正常運行時系統(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氧氣閥門的分布煤氣化裝置氧氣管線閥門包括氧氣總管流量合成氣放空管線到火炬調(diào)節(jié)閥,至每臺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調(diào)節(jié)閥,這些閥門直接安裝在氧氣管線上。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(tǒng)的控制,在開車時,通過開車程序打開或關(guān)閉相關(guān)切斷閥。停車或故障時,自動切斷進氣圖5水洗塔關(guān)鍵閥門示意化爐氧氣管線,并放空,然后用高壓氮氣吹掃和保水洗塔出口合成氣有2個分支,一個分支是在護氧氣管線。氧氣管線閥門布置如圖4所示。開停車時,合成氣放空到火炬,以及系統(tǒng)正常運行時,保證壓力穩(wěn)定,在此分支設(shè)計1臺三偏心切斷氧氣放空蝶閥;另一個分支是開車后將合成氣送到下游的變換裝置,在此分支中,設(shè)計1臺三偏心調(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。閥門內(nèi)件應(yīng)高壓高壓高壓氮氣氮氣氮氣去鎖斗氮氣按照固體顆粒小于6mm設(shè)計并選擇,內(nèi)件上的孔最小為6mm,以防止分散的固體顆粒堵塞閥門入圖4氧氣管線潤門布置口通道。另外,合成氣中含有濕的H2S,閥門、內(nèi)件和3.2.2氧氣管線調(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要符合防火標準API-607最閥門型式為三偏心高壓金屬密封蝶閥,閥體材新版本的要求;氧氣閥門要求采用整體法蘭,所有料316L;閥門采用整體法蘭,以方便拆除和維修;閥門具RJ密封面法蘭;運輸和安裝時閥門作禁油閥門泄漏量級別相應(yīng)于美國 ANSI B16.104的處理,并在閥門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,Ni-Bo等),并保證鍍層不會脫能經(jīng)常急速變化。氧氣流速限制應(yīng)參照壓縮氣體落;閥門所有流道包括閥門唇口應(yīng)做噴涂硬化處協(xié)會手冊(CGA)G-4.4(最新版),GEMS-11D6理,并保證鍍層不會脫落;閥門設(shè)計的超壓范圍大和 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;所有閥門必須滿足在開車和停車(故障緊急停車或計劃停車)時,TA-LUFT的外泄漏標準。氣化爐壓力由調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)閥位于水洗塔3.3合成氣出口切斷閥和調(diào)節(jié)閥釆用三偏心金屬密封調(diào)節(jié)蝶閥控制冼滌塔去塔變換單元的合成氣流量,這些閥門關(guān)系到氣化裝置較EH中國煤化工上。圖5中,水洗5,排放氣體中含有CNMHGA,過它調(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,在達到全負荷時通過調(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密封切斷蝶閥,這些閥門關(guān)系到氣化裝置開停車以常后向變換工段送氣時,閥門由幾乎全開到慢慢關(guān)石油化工自動化2009年閉,兩端壓差逐漸加大,全關(guān)時達到最高壓差,即洗大量工藝蒸汽,物料流過閃蒸閥節(jié)流元件的速度非滌塔操作壓力,此時要求不能泄漏,所以閥門有較常高,導(dǎo)致磨損會比較嚴重。過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)臺閥的前后壓差降低50%,經(jīng)過每臺閥閃蒸出節(jié)是根據(jù)設(shè)計條件中規(guī)定的流速決定流通能力的。來的工藝蒸汽量相應(yīng)減小,閃蒸閥磨損的情況得到般來說,要求的最大流通能力應(yīng)該能夠滿足排放較大改觀。黑水調(diào)節(jié)閥推薦為角閥,閥芯閥座材質(zhì)整個裝置所產(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)于閥門的最小流通能力,是根據(jù)工藝包中規(guī)藝,為防止閃蒸對閥門造成的破壞,出口配套錐定的正常操作/設(shè)計條件的50%,作為合成氣閥門形管開啟的最小流量。啟動后,整個系統(tǒng)的壓力立即升高,是因為合成氣在通過95%~100%全開的閥時,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水洗塔當(dāng)氣化爐停車時,無論是自動還是手動,壓力氣化爐循閥門應(yīng)該通過壓力調(diào)節(jié)器關(guān)閉。然后操作者會緩環(huán)黑水慢對氣化爐降壓,因此要求壓力閥再打開,以平衡不同的差壓。當(dāng)下游裝置準備接收合成氣時,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圖6黑水調(diào)節(jié)閥布置關(guān)閉。氣化裝置閥門選擇是石油化工裝置安全生產(chǎn)該閥門要求具有減噪的閥芯。開孔不應(yīng)小于降低惡性事故的保障,是一個熱門研究課題。通常6mm,以避免在閥剛剛開啟時,造成堵塞。閥門應(yīng)在裝置中,設(shè)計的閥門應(yīng)該滿足工藝過程的操作需具有一體的法蘭,便于移動和維修。求,這是控制方案得以成立的必須條件管道的敷設(shè)和閥門的安裝,應(yīng)該考慮到防止洗結(jié)束語滌塔合成氣的蒸汽冷凝。如果出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象會使要實現(xiàn)水煤漿氣化生產(chǎn)裝置過程自動化,在設(shè)控制閥被灰粉堵塞。該閥選用硬密封凸輪撓曲閥,計過程中,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,閥門泄漏量級地選擇現(xiàn)場儀表,要做到這一點,不僅要遵循各種別不低于相應(yīng)于美國 ANSI B16.104的 ClassⅣ標準、規(guī)范等指導(dǎo)性文件,還要參考類似裝置中的級。調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)按照工藝包計算,應(yīng)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(zhí)行機構(gòu)。的使用經(jīng)驗。作為控制系統(tǒng),現(xiàn)場儀表是不可分割該閥雖然屬于調(diào)節(jié)閥,在后續(xù)開車階段,由開的一部分。經(jīng)過實踐證明,這些閥門能夠滿足極高到關(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),符合嚴格的金屬密封等級要求閥的正常和最大開度概念,無法選擇。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,選擇了最大開度Cv服高壓差,嚴重沖刷,防止排渣過程溫差變化大閥值的調(diào)節(jié)閥門門抱死。為氣化裝置的安、穩(wěn)、長、滿、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)置參考文蔽1臺黑水液位調(diào)節(jié)閥,洗滌塔底部到高溫?zé)崴髟O(shè)1賀勇德現(xiàn)代媒化工技術(shù)手冊LMJ.北京:化學(xué)工業(yè)出版社置2臺黑水調(diào)節(jié)閥,黑水調(diào)節(jié)閥門布置如圖6所示。這些調(diào)節(jié)閥工作溫度較高,壓降大,灰渣含量rV山中國煤化工時1化:2m也最高,應(yīng)能夠耐受通過閥門壓力降引起的高流CNMHG3陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M].3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,2000:208-244顆粒引起的腐蝕及磨蝕。尤其是在第一級閃蒸,黑4許令奇,德士古媒氣化技術(shù)改造中的幾個思路[.中氯肥水從高壓經(jīng)過閃蒸閥直接降到中低壓,由于閃蒸出2003,(3):20-21