BGL气化炉连接短节排液调节阀内件损伤原因分析及改造.pdf

第 50 卷第 4 期化 工 自 动 化 及 仪 表作者简介院田志伟渊1983-冤袁工程师袁从事化工仪表尧化工设备的研究尧设计与应用工作袁遥引用本文院田志伟.BGL 气化炉连接短节排液调节阀内件损伤原因分析及改造咱J暂.化工自动化及仪表袁2023袁50渊4冤院587-591.DOI:10.20030/ki.1000鄄3932.202304028BGL 气化炉连接短节排液调节阀内件损伤原因分析及改造田志伟渊呼伦贝尔金新化工有限公司冤摘要针对 BGL 气化炉连接短节排液调节阀 LV3100鄄01 在实际运行中遇到的问题袁 分析阀内件的损伤原因并提出维修方案袁解决了阀门在阻塞流工况下的闪蒸和气蚀问题袁延长了阀门使用寿命遥关键词阀内件阻塞流闪蒸气蚀改造中图分类号TP214文献标识码B文章编号1000鄄3932渊2023冤04鄄0587鄄05BGL气化炉采用英国ADVANTICA碎煤加压熔渣气化技术袁为年产50万吨合成氨装置提供合成气遥在BGL碎煤加压熔渣气化技术工艺流程中袁气化炉短节液位控制尤为重要袁如果液位控制不当袁会导致使连接短节液位升高后激冷水通过排渣口进入气化炉袁进而触发气化联锁停车遥 调节阀LV3100鄄01的作用是调节短节液位袁 但是在实际使用过程中袁该阀门频繁出现无法调节尧内漏等现象遥 为此袁笔者针对短节液位调节阀存在的问题袁分析其损坏原因并提出解决措施袁以保障BGL气化炉的长周期稳定运行遥1工艺流程制气装置以块煤为原料袁 采用3台 渊二开一备冤直径3.6 m的BGL气化炉袁在4.0 MPa压力下实现气化遥 从输煤皮带来的块煤经过煤仓存储袁通过流煤槽到煤锁中袁在煤锁中进行加压到与气化炉压力相等袁然后输送到气化炉中袁通过干燥层尧干馏层尧气化层尧燃烧层与气化炉下部喷入的气化剂渊中压过热蒸汽+氧气冤进行复杂的化学反应从而产出粗煤气遥 气化炉出来的粗煤气依次经过洗涤冷却器B1206尧废热锅炉W1201两级除尘后袁经粗煤气气液分离器F1207送往变换装置曰 废热锅炉W1201底部集液槽内的煤气水送往煤气水分离装置曰经过煤气水分离装置处理后的煤气水回到洗涤冷却器B1206循环利用遥 制气装置单台炉工艺流程简图如图1所示遥2存在的问题自装置投运以来袁短节液位调节阀多次出现无法调节尧内漏等现象袁经仪表人员多次解体检查袁发现阀芯与阀座被闪蒸尧气蚀渊图2冤袁阀门失去调节作用遥 每次检修都必须更换新的阀内件袁一套内件使用周期大约3耀4个月袁 由于该阀门每次故障时阀门前后的截止阀不一定能将调节阀隔离袁导致检修被动袁不能隔离时只能暂时调节阀芯方向或采用手动阀控制袁严重时只能被迫停炉检修袁对工艺生产影响巨大遥3损伤原因分析从调节阀LV3100鄄01的工艺参数渊表1冤可以看出袁该阀门在高压差尧高流速工况下袁流体在流出缩流区域后袁流体压力仍然低于流体温度对应下的饱和蒸汽压力袁故汽化现象依然存在袁流体形成气液两相流袁该过程称为闪蒸遥 闪蒸的发生会形成两相流袁使得液体流量不再随阀前后压差的增加而增加袁出现阻塞流袁且由于介质中含有固体颗粒袁导致阀内件被冲刷袁且缩流区域流速最大处冲刷最为严重遥5872023 年化 工 自 动 化 及 仪 表图1制气装置单台炉工艺流程简图该阀门为单座调节阀角阀袁 介质侧进底出袁阀体采用流线型等通流道设计袁阀体内没有任何死区袁保证了固体颗粒不会在阀体内沉积遥 阀芯与阀杆采用一体化设计袁粗壮的阀杆具有较高的刚度袁 可防止阀杆变形弯曲遥 阀芯尧 阀座采用316SS与碳化钨烧结设计袁碳化钨包裹阀芯尧阀座的设计对介质的冲刷气蚀起到了很好的保护作用遥 阀座出口流道采用文丘里设计袁有利于介质的流通袁减少对阀门的冲击遥 从阀门的设计来看图2阀芯与阀座损伤情况阀门没有降压功能袁其结构如图3所示遥 从图2来看袁阀芯的末端出现了严重的碳化钨冲蚀袁可见阀门在小开度下时对阀内件冲刷较严重袁阀门前后压差较高袁流速快袁夹杂着颗粒物对碳化钨产生冲刷较强遥 同时也可以看出袁阀门在小开度下阻塞流会引起闪蒸和气蚀袁两种作用的情况下使阀内件短时间内损坏遥 阀内件材质已经采用碳化钨袁其硬度渊HRC60冤与抗冲刷能力已经足够高袁588第 50 卷第 4 期化 工 自 动 化 及 仪 表所以需要通过降低阀门两端的压差来延长阀门使用寿命遥表1调节阀工艺参数介质水介质密度/kg 窑 m-3987温度/益52阀前压力/MPa4.04.0阀后压力/MPa0.10.1压差/MPa3.93.9流量/m3窑 h-148.567.3正常流量最大流量项目参数数值图3改造前无降压阀内件结构由阻塞流公式可得院驻pT=F2L渊p1-FFpV冤式中FF要要要临界压力比曰FL要要要压力恢复系数曰p1要要要阀前压力曰pV要要要饱和蒸汽压曰驻pT要要要液体阻塞流时的临界压差遥液体临界压力pC=22.4 MPa袁 饱和蒸汽压pV=0.0136 MPa袁FL=0.9遥 计算得到院FF=0.96-0.28pV/pC 姨=0.96-0.280.0136/22.4 姨=0.95驻pT=F2L渊p1-FFpV冤=0.92渊4.0-0.95伊0.0136冤=3.23 MPa驻p=p1-p2=4.0-0.1=3.9 MPa其中袁p2为阀后压力袁驻p为阀门前后压差遥3.9 MPa跃3.23 MPa袁即驻p驻pT袁故产生了阻塞流遥4解决措施4.1控制压力降由上述分析可知袁降低压差袁减小流速袁消除阻塞流是解决阀内件故障的关键所在遥 经研究袁降低压差尧减小流速的最佳方案是增加阀门的降压等级遥 由于在阀体内增加阀笼的方法在角阀阀体上难以实现袁所以考虑在阀门前后增加限流孔板的方式遥 在阀前增加孔板袁能够有效降低进入阀体的流速袁阀后增加孔板可有效降低阀芯与阀座的压差袁同时在相同负荷下可有效提高阀门开度袁减小阀芯与阀座之间的流速遥 经过计算与试验袁 具体解决方案为院 在阀门入口处增加两块14 mm的限流孔板袁在阀门出口处增加一块17 mm的限流孔板渊图4冤袁从而减小压差袁降低流速袁防止阻塞流的产生袁达到减小冲刷尧气蚀袁减少阀门故障率袁延长使用寿命的目的遥三级降压后的压差为院驻p=驻p1+驻p2+驻p3=驻p1+12驻p1+14驻p13.9=1+12+14蓸蔀驻p1驻p1=2.228 MPa其中袁驻p1尧驻p2尧驻p3分别为一级尧二级尧三级降压孔板前后压差遥一级降压后院驻pT1=F2L渊p1-FFpV冤=0.92渊4.0-0.95伊0.0136冤=3.23 MPa驻p1驻pT1二级降压后院驻p2=12驻p1=12伊2.228=1.114 MPa驻pT2=F2L咱渊p1-驻p1冤-FFpV暂=1.424 MPa驻p2驻pT25892023 年化 工 自 动 化 及 仪 表图4改造后阀门结构示意图三级降压后院驻p3=14驻p1=14伊2.228=0.55 MPa驻pT3=F2L咱渊p1-驻p1-驻p2冤-FFpV暂=0.623 MPa驻p3驻pT3由以上计算结果可知袁 采用三级降压后袁每一级的实际压差均小于阻塞流的压差袁故不会产生闪蒸及空化现象遥阀门由无降压改为三级降压后袁虽然不会产生闪蒸及空化现象袁但是阀门流量系数CV和开度是否满足工况要求袁还需进一步计算核实遥CV值计算式为院CV=1.17QGp1-p2 姨=1.17QG驻p 姨将流量Q=67.3 m3/h尧介质密度G=987 kg/m3代入上式可得院CV=1.17伊67.30.9874 姨=39.37阀门的额定CV=25袁故流量特性为线性遥开度K的计算式为院K=1L=R-m渊R-1冤伊m伊100%m=QCV计=67.339.37=1.71式中m要要要流量系数放大倍数曰R要要要可调比袁R=50遥代 入 m 和 R 的 数 值 后 计 算 得 到 K=1L=50-1.71渊50-1冤伊1.71伊100%=57.6%遥由调节阀CV值的选择要求得知袁直线特性最大流量时袁阀门开度不超过90%袁最小流量时开度不低于5.7%遥 改造前和改造后CV值与开度对比见表2袁三级降压后阀门的CV值比二级降压小袁开度大袁符合调节阀选型要求袁与现场实际开度590第 50 卷第 4 期化 工 自 动 化 及 仪 表图5改造后的阀座结构示意图咱3暂王池袁王自和袁张宝珠袁等.流量测量技术全书咱M暂.北京院化学工业出版社袁2012院210-215.咱4暂苏彦勋.流量计量与测试咱M暂.北京院中国计量出版社袁2007院54-59.咱5暂费业泰.误差理论与数据处理咱M暂.北京院机械工业出版社袁2009院34-36.咱6暂李慎安.测量不确定度百问咱M暂.北京院中国计量出版社袁2009院45-58.渊收稿日期院2022-11-19袁修回日期院2023-06-06冤渊上接第 586 页冤声明本刊现入编野万方数据要要要数字化期刊群冶和野中国核心期刊渊遴选冤数据库冶袁作者著作权使用费与本刊稿酬一次性给付袁不再另行发放遥 作者如不同意将文章入编袁投稿时敬请说明遥吻合遥表2改造前后阀门CV值与开度对比改造前改造后流量/m3窑 h-167.3048.505.4567.3048.505.45CV13.815 10.4801.85039.3728.605.70K/%5542757.644.89.2项目数值参数4.2改变阀内件材质阀门阀芯材料为316+喷涂碳化钨袁但在实际应用过程中袁 渣水成份中含有渣颗粒且硬度较高袁阀内件材质抗冲击尧冲刷力不足袁运行较长时间后碳化钨喷涂层会被破坏袁基材易被高压差渣水冲蚀袁导致阀门内漏遥通过分析袁将原分体式阀座改为一体式阀座渊图5冤袁阀座阀芯材质改为整体碳化钨烧结袁不仅增加了硬度且抗冲刷能力增强遥5结束语BGL气化装置连接短节液位控制调节阀LV3100鄄01完成改造与维修后袁交付工艺使用袁阀门投用至今未出现因阀内件冲蚀而失效的故障袁阀门运行情况良好袁满足工艺工况要求遥 该阀门较未改造尧修复前相比袁极大地延长了阀门的使用周期袁减少了日常维护工作量袁降低了维修成本袁可使单台维修成本每年降低1.2万元遥 实践证明袁阀门内件的形式尧材质的优化尧降压孔板压力降的设计是合理的尧成功的袁可为日后类似阀门改造提供宝贵经验遥渊收稿日期院2022-12-04袁修回日期院2023-05-29冤591