在水煤漿氣化工藝中,氣化爐與洗滌塔內的黑水調節閥是整個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節閥的(de)使用壽命非常短,只有1個月到3個月不等。所以,通(tong)過設計(ji)盡量延長其使用壽命很關鍵(jian)。
黑水(shui)是水(shui)煤漿氣化工藝(yi)洗(xi)滌(di)塔、氣化爐生(sheng)產過(guo)程中(zhong)的伴生(sheng)產物(wu)。工藝(yi)上需要對黑水(shui)進行回收提純與(yu)二次利用。這個過(guo)程伴隨著(zhu)固液氣三(san)相的各種考驗。
固(gu)(gu)相方(fang)面,在高壓差(cha)、高流(liu)速(su)條(tiao)件下,固(gu)(gu)體(ti)(ti)顆粒(li)成(cheng)為(wei)調節(jie)閥(fa)(fa)設(she)計中首(shou)當其沖的難點,會讓(rang)零件表面出(chu)現(xian)凹坑、刮(gua)傷,甚至裂(lie)紋。同時,固(gu)(gu)體(ti)(ti)顆粒(li)對(dui)流(liu)體(ti)(ti)通(tong)路有(you)(you)磨損(sun),會造成(cheng)刮(gua)傷、劃(hua)痕、異(yi)響(xiang)(xiang)(xiang)。方(fang)向的改變也會影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)局(ju)部介質的流(liu)速(su),會產生(sheng)渦(wo)流(liu)、湍流(liu),造成(cheng)管道和閥(fa)(fa)腔產生(sheng)振動、發出(chu)噪聲。固(gu)(gu)體(ti)(ti)顆粒(li)的另一方(fang)面危(wei)害是沉(chen)降(jiang)問題,可能導(dao)致(zhi)閥(fa)(fa)桿(gan)(gan)(gan)與導(dao)向卡死,影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)閥(fa)(fa)桿(gan)(gan)(gan)的穩定性。閥(fa)(fa)桿(gan)(gan)(gan)表面的磨損(sun)與刮(gua)傷也會影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)調節(jie)閥(fa)(fa)上部填料與閥(fa)(fa)桿(gan)(gan)(gan)密封的效果,造成(cheng)黑(hei)水外漏、有(you)(you)毒氣體(ti)(ti)逸(yi)散等(deng)生(sheng)產事故發生(sheng)。
液相方面,黑水中含有多種強腐蝕離子,較高溫度長時間浸泡會對調節閥內壁及零部件產生沖蝕作用,弱化零部件表面金屬氧化保護層。液體在高壓作用下,首先會沖擊調節閥腔內部的平衡區域,導致隔板出現裂紋、貫通等問題。閥腔的流道形狀會影響阻塞流的產生、局部渦流和紊流的產生,影響閥門流通能力(li)、調(diao)節能力(li),也(ye)對閥(fa)體的(de)振動(dong)、噪聲等有影響。黑(hei)水液體的(de)沖擊還直接影響閥(fa)內零部件的(de)強(qiang)度(du)。
氣相方面(mian),黑水調(diao)節(jie)閥面(mian)臨高壓差工況,閃蒸與空化(hua)無法避免,甚至造成零部件表面(mian)破(po)碎與管(guan)道(dao)破(po)損(sun)。同(tong)時,閃蒸現(xian)象造成的(de)流體(ti)體(ti)積急劇變化(hua),也會使管(guan)道(dao)及下(xia)游工藝設(she)(she)備管(guan)口振動,導致下(xia)游設(she)(she)備出現(xian)設(she)(she)計(ji)意料之外的(de)問題(ti),損(sun)傷下(xia)游設(she)(she)備,發生嚴重的(de)生產事故(gu)。
針對以上工況特點,黑水調節閥在設計時(shi)要(yao)注意以下幾點:
第一,要確定調節閥的結構類型。理想的調節樣式有直通或角式兩種模型。應選擇具有平滑轉向、不易沉降的角式調節閥,流向應選擇側進底出。角式調節閥能很好地引導介質的流動,在閥門打(da)開時介(jie)質幾(ji)乎不受(shou)到任何(he)阻力(li)就(jiu)可流(liu)出(chu)調(diao)節閥(fa),能最大限度地(di)減少介(jie)質對調(diao)節閥(fa)的沖擊(ji)。
第二,要降低固體(ti)顆(ke)粒對(dui)(dui)零(ling)(ling)件的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)。降低零(ling)(ling)部件受到的(de)直(zhi)(zhi)接沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)有兩方面解決(jue)方案。一是(shi)提升零(ling)(ling)件強(qiang)度(du)(du)與(yu)加粗閥桿(gan)直(zhi)(zhi)徑(jing)。最簡單(dan)直(zhi)(zhi)接的(de)方法是(shi)在(zai)關(guan)鍵沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)點噴涂(tu)硬質合金(jin)、零(ling)(ling)件通體(ti)采用硬質合金(jin)來提升零(ling)(ling)部件壽命。二是(shi)疏導流動方向(xiang)。零(ling)(ling)部件暴露于流體(ti)通路中,在(zai)設計(ji)中對(dui)(dui)介質流動方向(xiang)進(jin)行(xing)疏導或對(dui)(dui)零(ling)(ling)部件的(de)流動結構(gou)進(jin)行(xing)優化(hua)(hua),可(ke)(ke)讓(rang)零(ling)(ling)部件不直(zhi)(zhi)接承(cheng)受沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)。對(dui)(dui)通路進(jin)行(xing)疏導,流體(ti)進(jin)入閥芯前先通過(guo)彎(wan)曲流道,使流體(ti)與(yu)閥芯形成一定(ding)角度(du)(du),可(ke)(ke)大(da)幅(fu)弱(ruo)化(hua)(hua)對(dui)(dui)閥芯徑(jing)向(xiang)的(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji),也可(ke)(ke)減(jian)少震動。應減(jian)少零(ling)(ling)部件的(de)突起、臺階、凹槽,將(jiang)零(ling)(ling)部件優化(hua)(hua)為具有一定(ding)角度(du)(du)、弧度(du)(du),使閥腔盡可(ke)(ke)能(neng)優化(hua)(hua)為彎(wan)頭理想模型。
第(di)三,要(yao)解(jie)決(jue)固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)沉(chen)降(jiang)(jiang)問題(ti)。解(jie)決(jue)固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)沉(chen)降(jiang)(jiang)有兩種方案。一是(shi)減(jian)(jian)少(shao)(shao)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)性沉(chen)積(ji)(ji)。沉(chen)積(ji)(ji)后的閥(fa)(fa)腔結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)就是(shi)流體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)最終流過(guo)的形狀,可(ke)(ke)根(gen)據沉(chen)積(ji)(ji)的結(jie)(jie)果優(you)化(hua)流道。這是(shi)研(yan)究與(yu)改(gai)善流體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)通(tong)路(lu)非常好的模(mo)型。固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)易沉(chen)積(ji)(ji)在低(di)流速的拐角(jiao)、零(ling)部(bu)件(jian)(jian)的臺(tai)階(jie)等(deng)處,可(ke)(ke)以(yi)主動(dong)減(jian)(jian)少(shao)(shao)閥(fa)(fa)腔的靜態死(si)(si)角(jiao)、零(ling)部(bu)件(jian)(jian)易沉(chen)積(ji)(ji)的臺(tai)階(jie)等(deng),使流體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)在流動(dong)過(guo)程中(zhong)自(zi)發將(jiang)固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)帶(dai)出閥(fa)(fa)腔內(nei)(nei)部(bu),減(jian)(jian)少(shao)(shao)閥(fa)(fa)腔內(nei)(nei)部(bu)的結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)性沉(chen)積(ji)(ji)。將(jiang)閥(fa)(fa)腔與(yu)零(ling)部(bu)件(jian)(jian)設(she)計(ji)(ji)成與(yu)液體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)流向一致(zhi)的結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou),優(you)化(hua)零(ling)部(bu)件(jian)(jian)直(zhi)邊、端面(mian)(mian)改(gai)為一定角(jiao)度(du)和(he)弧度(du),盡力與(yu)閥(fa)(fa)腔路(lu)徑形成整體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的流線型,有助(zhu)于(yu)(yu)減(jian)(jian)少(shao)(shao)固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)沉(chen)積(ji)(ji),改(gai)善閥(fa)(fa)腔結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的流通(tong)能力。二是(shi)在可(ke)(ke)能發生(sheng)沉(chen)積(ji)(ji)的位(wei)置(zhi)設(she)計(ji)(ji)疏(shu)導結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)。閥(fa)(fa)腔結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)與(yu)零(ling)部(bu)件(jian)(jian)表(biao)面(mian)(mian)設(she)計(ji)(ji)要(yao)考慮靜態疏(shu)導或排(pai)污結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou),可(ke)(ke)以(yi)在閥(fa)(fa)腔內(nei)(nei)部(bu)易沉(chen)積(ji)(ji)位(wei)置(zhi)設(she)計(ji)(ji)排(pai)污口,如曲面(mian)(mian)、傾斜、凹(ao)坑等(deng)可(ke)(ke)鑄造結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou),通(tong)過(guo)重力引導固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)向排(pai)污口聚集,也可(ke)(ke)以(yi)利(li)(li)用(yong)(yong)流體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沖(chong)(chong)刷沉(chen)積(ji)(ji)位(wei)置(zhi),實現輔助(zhu)清理作用(yong)(yong)。零(ling)部(bu)件(jian)(jian)表(biao)面(mian)(mian)則可(ke)(ke)以(yi)利(li)(li)用(yong)(yong)溝槽(cao)、環槽(cao)等(deng)刮(gua)去附著于(yu)(yu)零(ling)部(bu)件(jian)(jian)表(biao)面(mian)(mian)的固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li),防止因固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)的侵入而卡(ka)死(si)(si)。固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)附著于(yu)(yu)配合表(biao)面(mian)(mian)無法避免,可(ke)(ke)以(yi)采用(yong)(yong)螺(luo)旋環槽(cao)+豎直(zhi)溝槽(cao)的設(she)計(ji)(ji)思(si)路(lu),將(jiang)部(bu)分(fen)附著于(yu)(yu)配合表(biao)面(mian)(mian)的固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)刮(gua)去。已(yi)經進入配合表(biao)面(mian)(mian)的顆(ke)(ke)粒(li)可(ke)(ke)以(yi)通(tong)過(guo)液體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沖(chong)(chong)刷及(ji)重力順(shun)著環槽(cao)排(pai)出,降(jiang)(jiang)低(di)故(gu)障卡(ka)死(si)(si)幾率。
第四(si),降低液體的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕作(zuo)(zuo)用。基礎管道可(ke)考慮使用含碳(tan)量(liang)較低的(de)(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕碳(tan)鋼(gang)或不(bu)銹鋼(gang)。彎頭、變徑(jing)法蘭處易沖(chong)刷的(de)(de)(de)重(zhong)點部位應采用不(bu)銹鋼(gang)基底,可(ke)以堆焊或噴涂,加(jia)強管道的(de)(de)(de)耐沖(chong)刷與耐腐(fu)(fu)蝕性(xing)能。黑水(shui)調(diao)節閥承(cheng)壓作(zuo)(zuo)用大于調(diao)節作(zuo)(zuo)用,可(ke)使用耐腐(fu)(fu)蝕、結(jie)構強度(du)(du)高的(de)(de)(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)或雙相不(bu)銹鋼(gang),在流體轉向、密封等主要沖(chong)刷點增(zeng)加(jia)局部厚度(du)(du),保證承(cheng)壓長(chang)度(du)(du)與可(ke)靠性(xing)。
第五,要解(jie)決(jue)液(ye)體沖擊問題。不(bu)合理的(de)流(liu)(liu)道(dao)(dao)設計會讓內(nei)墻部分(fen)隔板承(cheng)受不(bu)必要的(de)沖擊,使閥(fa)(fa)腔(qiang)內(nei)部產生(sheng)渦流(liu)(liu)、紊流(liu)(liu),沖擊閥(fa)(fa)芯(xin)、閥(fa)(fa)腔(qiang),引起(qi)震(zhen)動以(yi)及造成閥(fa)(fa)腔(qiang)內(nei)部隔板損傷。解(jie)決(jue)辦法是(shi)閥(fa)(fa)體采用更好的(de)流(liu)(liu)線型結(jie)構。可(ke)參(can)考固體顆粒沉積位(wei)置設計,改善流(liu)(liu)道(dao)(dao)的(de)流(liu)(liu)暢程度。流(liu)(liu)道(dao)(dao)設計重點是(shi)液(ye)體穩(wen)定流(liu)(liu)出閥(fa)(fa)體,也可(ke)適當增加(jia)流(liu)(liu)道(dao)(dao)回流(liu)(liu)、分(fen)流(liu)(liu)能(neng)力,讓閥(fa)(fa)體內(nei)腔(qiang)均(jun)勻(yun)承(cheng)載液(ye)體壓(ya)力。回流(liu)(liu)、分(fen)流(liu)(liu)可(ke)減(jian)少閥(fa)(fa)芯(xin)單側壓(ya)力,有助于穩(wen)定閥(fa)(fa)芯(xin)。
第六,應對(dui)閃蒸、空化問(wen)題(ti)。如果(guo)在(zai)(zai)閥(fa)門(men)出(chu)口加設降(jiang)(jiang)噪板,提高(gao)閥(fa)門(men)出(chu)口壓力(li),降(jiang)(jiang)低閥(fa)座(zuo)出(chu)口壓差,可(ke)(ke)控(kong)制液體(ti)在(zai)(zai)當前溫度(du)下(xia)的飽和蒸氣(qi)壓,改善液體(ti)氣(qi)化條(tiao)件。但(dan)是,降(jiang)(jiang)噪板后的壓力(li)依(yi)舊(jiu)很高(gao),會對(dui)下(xia)游(you)(you)管(guan)線及(ji)(ji)閥(fa)門(men)造(zao)成二(er)次沖(chong)擊。流速高(gao)、體(ti)積(ji)大(da)將使(shi)下(xia)游(you)(you)管(guan)道劇烈(lie)震(zhen)動,有可(ke)(ke)能(neng)損傷下(xia)游(you)(you)設備入(ru)口。可(ke)(ke)行(xing)的辦法是在(zai)(zai)內部(bu)閥(fa)座(zuo)出(chu)口加裝(zhuang)(zhuang)文(wen)丘(qiu)里(li)擴(kuo)徑管(guan),加長文(wen)丘(qiu)里(li)擴(kuo)徑管(guan)長度(du),將氣(qi)化現象(xiang)控(kong)制在(zai)(zai)高(gao)強(qiang)度(du)的文(wen)丘(qiu)里(li)管(guan)內,保護下(xia)游(you)(you)管(guan)道及(ji)(ji)設備。同時,可(ke)(ke)增(zeng)加閥(fa)座(zuo)、閥(fa)芯、文(wen)丘(qiu)里(li)管(guan)處的強(qiang)度(du),通過噴(pen)涂(tu)(tu)硬質合(he)金或(huo)(huo)通體(ti)采用硬質合(he)金,增(zeng)強(qiang)局部(bu)結(jie)構強(qiang)度(du)。外部(bu),可(ke)(ke)在(zai)(zai)文(wen)丘(qiu)里(li)管(guan)后加裝(zhuang)(zhuang)大(da)口徑緩沖(chong)罐,在(zai)(zai)下(xia)游(you)(you)管(guan)道加厚或(huo)(huo)堆焊、噴(pen)涂(tu)(tu)硬質合(he)金等(deng)耐磨材料等(deng)。