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          設計時做好這6點,黑水調節閥壽命延長!

          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使用壽命非常短,只有1個月到3個月不等。所以,通過設計盡量延長其使用壽命很關鍵。

                  黑水是水煤漿氣化工藝洗滌塔、氣化爐生產過程中的伴生產物。工藝上需要對黑水進行回收提純與二次利用。這個過程伴隨著固液氣三相的各種考驗。
                  固相方面,在高壓差、高流速條件下,固體顆粒成為調節閥設計中首當其沖的難點,會讓零件表面出現凹坑、刮傷,甚至裂紋。同時,固體顆粒對流體通路有磨損,會造成刮傷、劃痕、異響。方向的改變也會影響局部介質的流速,會產生渦流、湍流,造成管道和閥腔產生振動、發出噪聲。固體顆粒的另一方面危害是沉降問題,可能導致閥桿與導向卡死,影響閥桿的穩定性。閥桿表面的磨損與刮傷也會影響調節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事故發生。

                  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、調節能力,也對閥體的振動、噪聲等有影響。黑水液體的沖擊還直接影響閥內零部件的強度。

                  氣相方面,黑水調節閥面臨高壓差工況,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,閃蒸現象造成的流體體積急劇變化,也會使管道及下游工藝設備管口振動,導致下游設備出現設計意料之外的問題,損傷下游設備,發生嚴重的生產事故。

                  針對以上工況特點,黑水調節閥在設計時要注意以下幾點:

                  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,在閥門打開時介質幾乎不受到任何阻力就可流出調節閥,能最大限度地減少介質對調節閥的沖擊。

                  第二,要降低固體顆粒對零件的沖擊。降低零部件受到的直接沖擊有兩方面解決方案。一是提升零件強度與加粗閥桿直徑。最簡單直接的方法是在關鍵沖擊點噴涂硬質合金、零件通體采用硬質合金來提升零部件壽命。二是疏導流動方向。零部件暴露于流體通路中,在設計中對介質流動方向進行疏導或對零部件的流動結構進行優化,可讓零部件不直接承受沖擊。對通路進行疏導,流體進入閥芯前先通過彎曲流道,使流體與閥芯形成一定角度,可大幅弱化對閥芯徑向的沖擊,也可減少震動。應減少零部件的突起、臺階、凹槽,將零部件優化為具有一定角度、弧度,使閥腔盡可能優化為彎頭理想模型。
           
                 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。一是減少結構性沉積。沉積后的閥腔結構就是流體最終流過的形狀,可根據沉積的結果優化流道。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、零部件的臺階等處,可以主動減少閥腔的靜態死角、零部件易沉積的臺階等,使流體在流動過程中自發將固體顆粒帶出閥腔內部,減少閥腔內部的結構性沉積。將閥腔與零部件設計成與液體流向一致的結構,優化零部件直邊、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,改善閥腔結構的流通能力。二是在可能發生沉積的位置設計疏導結構。閥腔結構與零部件表面設計要考慮靜態疏導或排污結構,可以在閥腔內部易沉積位置設計排污口,如曲面、傾斜、凹坑等可鑄造結構,通過重力引導固體顆粒向排污口聚集,也可以利用流體沖刷沉積位置,實現輔助清理作用。零部件表面則可以利用溝槽、環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,可以采用螺旋環槽+豎直溝槽的設計思路,將部分附著于配合表面的固體顆粒刮去。已經進入配合表面的顆??梢酝ㄟ^液體沖刷及重力順著環槽排出,降低故障卡死幾率。
           

                 第四,降低液體的腐蝕作用?;A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部位應采用不銹鋼基底,可以堆焊或噴涂,加強管道的耐沖刷與耐腐蝕性能。黑水調節閥承壓作用大于調節作用,可使用耐腐蝕、結構強度高的奧氏體不銹鋼或雙相不銹鋼,在流體轉向、密封等主要沖刷點增加局部厚度,保證承壓長度與可靠性。

            
                 第五,要解決液體沖擊問題。不合理的流道設計會讓內墻部分隔板承受不必要的沖擊,使閥腔內部產生渦流、紊流,沖擊閥芯、閥腔,引起震動以及造成閥腔內部隔板損傷。解決辦法是閥體采用更好的流線型結構??蓞⒖脊腆w顆粒沉積位置設計,改善流道的流暢程度。流道設計重點是液體穩定流出閥體,也可適當增加流道回流、分流能力,讓閥體內腔均勻承載液體壓力?;亓?、分流可減少閥芯單側壓力,有助于穩定閥芯。
           

                 第六,應對閃蒸、空化問題。如果在閥門出口加設降噪板,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,會對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,有可能損傷下游設備入口??尚械霓k法是在內部閥座出口加裝文丘里擴徑管,加長文丘里擴徑管長度,將氣化現象控制在高強度的文丘里管內,保護下游管道及設備。同時,可增加閥座、閥芯、文丘里管處的強度,通過噴涂硬質合金或通體采用硬質合金,增強局部結構強度。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、噴涂硬質合金等耐磨材料等。



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