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設(shè)計(jì)時(shí)做好這6點(diǎn),黑水調(diào)節(jié)閥壽命延長!

2021-08-16來源:

       在水煤漿氣化工藝中,氣化爐與洗滌塔內(nèi)的黑水調(diào)節(jié)閥是整個(gè)工藝中不可缺少的組成部分。由于極其惡劣的工況讓黑水調(diào)節(jié)閥的使用壽命非常短,只有1個(gè)月到3個(gè)月不等。所以,通過設(shè)計(jì)盡量延長其使用壽命很關(guān)鍵。

       黑水是水煤漿氣化工藝洗滌塔、氣化爐生產(chǎn)過程中的伴生產(chǎn)物。工藝上需要對(duì)黑水進(jìn)行回收提純與二次利用。這個(gè)過程伴隨著固液氣三相的各種考驗(yàn)。

       固相方面,在高壓差、高流速條件下,固體顆粒成為調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)中首當(dāng)其沖的難點(diǎn),會(huì)讓零件表面出現(xiàn)凹坑、刮傷,甚至裂紋。同時(shí),固體顆粒對(duì)流體通路有磨損,會(huì)造成刮傷、劃痕、異響。方向的改變也會(huì)影響局部介質(zhì)的流速,會(huì)產(chǎn)生渦流、湍流,造成管道和閥腔產(chǎn)生振動(dòng)、發(fā)出噪聲。固體顆粒的另一方面危害是沉降問題,可能導(dǎo)致閥桿與導(dǎo)向卡死,影響閥桿的穩(wěn)定性。閥桿表面的磨損與刮傷也會(huì)影響調(diào)節(jié)閥上部填料與閥桿密封的效果,造成黑水外漏、有毒氣體逸散等生產(chǎn)事故發(fā)生。

       液相方面,黑水中含有多種強(qiáng)腐蝕離子,較高溫度長時(shí)間浸泡會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)壁及零部件產(chǎn)生沖蝕作用,弱化零部件表面金屬氧化保護(hù)層。液體在高壓作用下,首先會(huì)沖擊調(diào)節(jié)閥腔內(nèi)部的平衡區(qū)域,導(dǎo)致隔板出現(xiàn)裂紋、貫通等問題。閥腔的流道形狀會(huì)影響阻塞流的產(chǎn)生、局部渦流和紊流的產(chǎn)生,影響閥門流通能力、調(diào)節(jié)能力,也對(duì)閥體的振動(dòng)、噪聲等有影響。黑水液體的沖擊還直接影響閥內(nèi)零部件的強(qiáng)度。

       氣相方面,黑水調(diào)節(jié)閥面臨高壓差工況,閃蒸與空化無法避免,甚至造成零部件表面破碎與管道破損。同時(shí),閃蒸現(xiàn)象造成的流體體積急劇變化,也會(huì)使管道及下游工藝設(shè)備管口振動(dòng),導(dǎo)致下游設(shè)備出現(xiàn)設(shè)計(jì)意料之外的問題,損傷下游設(shè)備,發(fā)生嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。

       針對(duì)以上工況特點(diǎn),黑水調(diào)節(jié)閥在設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾點(diǎn):

       第一,要確定調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)類型。理想的調(diào)節(jié)樣式有直通或角式兩種模型。應(yīng)選擇具有平滑轉(zhuǎn)向、不易沉降的角式調(diào)節(jié)閥,流向應(yīng)選擇側(cè)進(jìn)底出。角式調(diào)節(jié)閥能很好地引導(dǎo)介質(zhì)的流動(dòng),在閥門打開時(shí)介質(zhì)幾乎不受到任何阻力就可流出調(diào)節(jié)閥,能最大限度地減少介質(zhì)對(duì)調(diào)節(jié)閥的沖擊。

       第二,要降低固體顆粒對(duì)零件的沖擊。降低零部件受到的直接沖擊有兩方面解決方案。一是提升零件強(qiáng)度與加粗閥桿直徑。最簡單直接的方法是在關(guān)鍵沖擊點(diǎn)噴涂硬質(zhì)合金、零件通體采用硬質(zhì)合金來提升零部件壽命。二是疏導(dǎo)流動(dòng)方向。零部件暴露于流體通路中,在設(shè)計(jì)中對(duì)介質(zhì)流動(dòng)方向進(jìn)行疏導(dǎo)或?qū)α悴考牧鲃?dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,可讓零部件不直接承受沖擊。對(duì)通路進(jìn)行疏導(dǎo),流體進(jìn)入閥芯前先通過彎曲流道,使流體與閥芯形成一定角度,可大幅弱化對(duì)閥芯徑向的沖擊,也可減少震動(dòng)。應(yīng)減少零部件的突起、臺(tái)階、凹槽,將零部件優(yōu)化為具有一定角度、弧度,使閥腔盡可能優(yōu)化為彎頭理想模型。

       第三,要解決固體顆粒沉降問題。解決固體顆粒沉降有兩種方案。一是減少結(jié)構(gòu)性沉積。沉積后的閥腔結(jié)構(gòu)就是流體最終流過的形狀,可根據(jù)沉積的結(jié)果優(yōu)化流道。這是研究與改善流體通路非常好的模型。固體顆粒易沉積在低流速的拐角、零部件的臺(tái)階等處,可以主動(dòng)減少閥腔的靜態(tài)死角、零部件易沉積的臺(tái)階等,使流體在流動(dòng)過程中自發(fā)將固體顆粒帶出閥腔內(nèi)部,減少閥腔內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性沉積。將閥腔與零部件設(shè)計(jì)成與液體流向一致的結(jié)構(gòu),優(yōu)化零部件直邊、端面改為一定角度和弧度,盡力與閥腔路徑形成整體的流線型,有助于減少固體顆粒沉積,改善閥腔結(jié)構(gòu)的流通能力。二是在可能發(fā)生沉積的位置設(shè)計(jì)疏導(dǎo)結(jié)構(gòu)。閥腔結(jié)構(gòu)與零部件表面設(shè)計(jì)要考慮靜態(tài)疏導(dǎo)或排污結(jié)構(gòu),可以在閥腔內(nèi)部易沉積位置設(shè)計(jì)排污口,如曲面、傾斜、凹坑等可鑄造結(jié)構(gòu),通過重力引導(dǎo)固體顆粒向排污口聚集,也可以利用流體沖刷沉積位置,實(shí)現(xiàn)輔助清理作用。零部件表面則可以利用溝槽、環(huán)槽等刮去附著于零部件表面的固體顆粒,防止因固體顆粒的侵入而卡死。固體顆粒附著于配合表面無法避免,可以采用螺旋環(huán)槽+豎直溝槽的設(shè)計(jì)思路,將部分附著于配合表面的固體顆粒刮去。已經(jīng)進(jìn)入配合表面的顆粒可以通過液體沖刷及重力順著環(huán)槽排出,降低故障卡死幾率。

       第四,降低液體的腐蝕作用。基礎(chǔ)管道可考慮使用含碳量較低的耐腐蝕碳鋼或不銹鋼。彎頭、變徑法蘭處易沖刷的重點(diǎn)部位應(yīng)采用不銹鋼基底,可以堆焊或噴涂,加強(qiáng)管道的耐沖刷與耐腐蝕性能。黑水調(diào)節(jié)閥承壓作用大于調(diào)節(jié)作用,可使用耐腐蝕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的奧氏體不銹鋼或雙相不銹鋼,在流體轉(zhuǎn)向、密封等主要沖刷點(diǎn)增加局部厚度,保證承壓長度與可靠性。

       第五,要解決液體沖擊問題。不合理的流道設(shè)計(jì)會(huì)讓內(nèi)墻部分隔板承受不必要的沖擊,使閥腔內(nèi)部產(chǎn)生渦流、紊流,沖擊閥芯、閥腔,引起震動(dòng)以及造成閥腔內(nèi)部隔板損傷。解決辦法是閥體采用更好的流線型結(jié)構(gòu)。可參考固體顆粒沉積位置設(shè)計(jì),改善流道的流暢程度。流道設(shè)計(jì)重點(diǎn)是液體穩(wěn)定流出閥體,也可適當(dāng)增加流道回流、分流能力,讓閥體內(nèi)腔均勻承載液體壓力?;亓?、分流可減少閥芯單側(cè)壓力,有助于穩(wěn)定閥芯。

       第六,應(yīng)對(duì)閃蒸、空化問題。如果在閥門出口加設(shè)降噪板,提高閥門出口壓力,降低閥座出口壓差,可控制液體在當(dāng)前溫度下的飽和蒸氣壓,改善液體氣化條件。但是,降噪板后的壓力依舊很高,會(huì)對(duì)下游管線及閥門造成二次沖擊。流速高、體積大將使下游管道劇烈震動(dòng),有可能損傷下游設(shè)備入口。可行的辦法是在內(nèi)部閥座出口加裝文丘里擴(kuò)徑管,加長文丘里擴(kuò)徑管長度,將氣化現(xiàn)象控制在高強(qiáng)度的文丘里管內(nèi),保護(hù)下游管道及設(shè)備。同時(shí),可增加閥座、閥芯、文丘里管處的強(qiáng)度,通過噴涂硬質(zhì)合金或通體采用硬質(zhì)合金,增強(qiáng)局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。外部,可在文丘里管后加裝大口徑緩沖罐,在下游管道加厚或堆焊、噴涂硬質(zhì)合金等耐磨材料等。