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      设计时做好这6点,黑水调节阀寿命延长!

      2021-08-16来源:

             在水煤浆气化工艺中,气化炉与洗涤塔内的黑水调节阀是整个工艺中不可缺少的组成部分。由于极其恶劣的工况让黑水调节阀的使用寿命非常短,只有1个月到3个月不等。所以,通过设计尽量延长其使用寿命很关键。

             黑水是水煤浆气化工艺洗涤塔、气化炉生产过程中的伴生产物。工艺上需要对黑水进行回收提纯与二次利用。这个过程伴随着固液气三相的各种考验。

             固相方面,在高压差、高流速条件下,固体颗粒成为调节阀设计中首当其冲的难点,会让零件表面出现凹坑、刮伤,甚至裂纹。同时,固体颗粒对流体通路有磨损,会造成刮伤、划痕、异响。方向的改变也会影响局部介质的流速,会产生涡流、湍流,造成管道和阀腔产生振动、发出噪声。固体颗粒的另一方面危害是沉降问题,可能导致阀杆与导向卡死,影响阀杆的稳定性。阀杆表面的磨损与刮伤也会影响调节阀上部填料与阀杆密封的效果,造成黑水外漏、有毒气体逸散等生产事故发生。

             液相方面,黑水中含有多种强腐蚀离子,较高温度长时间浸泡会对调节阀内壁及零部件产生冲蚀作用,弱化零部件表面金属氧化保护层。液体在高压作用下,首先会冲击调节阀腔内部的平衡区域,导致隔板出现裂纹、贯通等问题。阀腔的流道形状会影响阻塞流的产生、局部涡流和紊流的产生,影响阀门流通能力、调节能力,也对阀体的振动、噪声等有影响。黑水液体的冲击还直接影响阀内零部件的强度。

             气相方面,黑水调节阀面临高压差工况,闪蒸与空化无法避免,甚至造成零部件表面破碎与管道破损。同时,闪蒸现象造成的流体体积急剧变化,也会使管道及下游工艺设备管口振动,导致下游设备出现设计意料之外的问题,损伤下游设备,发生严重的生产事故。

             针对以上工况特点,黑水调节阀在设计时要注意以下几点:

             第一,要确定调节阀的结构类型。理想的调节样式有直通或角式两种模型。应选择具有平滑转向、不易沉降的角式调节阀,流向应选择侧进底出。角式调节阀能很好地引导介质的流动,在阀门打开时介质几乎不受到任何阻力就可流出调节阀,能最大限度地减少介质对调节阀的冲击。

             第二,要降低固体颗粒对零件的冲击。降低零部件受到的直接冲击有两方面解决方案。一是提升零件强度与加粗阀杆直径。最简单直接的方法是在关键冲击点喷涂硬质合金、零件通体采用硬质合金来提升零部件寿命。二是疏导流动方向。零部件暴露于流体通路中,在设计中对介质流动方向进行疏导或对零部件的流动结构进行优化,可让零部件不直接承受冲击。对通路进行疏导,流体进入阀芯前先通过弯曲流道,使流体与阀芯形成一定角度,可大幅弱化对阀芯径向的冲击,也可减少震动。应减少零部件的突起、台阶、凹槽,将零部件优化为具有一定角度、弧度,使阀腔尽可能优化为弯头理想模型。

             第三,要解决固体颗粒沉降问题。解决固体颗粒沉降有两种方案。一是减少结构性沉积。沉积后的阀腔结构就是流体最终流过的形状,可根据沉积的结果优化流道。这是研究与改善流体通路非常好的模型。固体颗粒易沉积在低流速的拐角、零部件的台阶等处,可以主动减少阀腔的静态死角、零部件易沉积的台阶等,使流体在流动过程中自发将固体颗粒带出阀腔内部,减少阀腔内部的结构性沉积。将阀腔与零部件设计成与液体流向一致的结构,优化零部件直边、端面改为一定角度和弧度,尽力与阀腔路径形成整体的流线型,有助于减少固体颗粒沉积,改善阀腔结构的流通能力。二是在可能发生沉积的位置设计疏导结构。阀腔结构与零部件表面设计要考虑静态疏导或排污结构,可以在阀腔内部易沉积位置设计排污口,如曲面、倾斜、凹坑等可铸造结构,通过重力引导固体颗粒向排污口聚集,也可以利用流体冲刷沉积位置,实现辅助清理作用。零部件表面则可以利用沟槽、环槽等刮去附着于零部件表面的固体颗粒,防止因固体颗粒的侵入而卡死。固体颗粒附着于配合表面无法避免,可以采用螺旋环槽+竖直沟槽的设计思路,将部分附着于配合表面的固体颗粒刮去。已经进入配合表面的颗粒可以通过液体冲刷及重力顺着环槽排出,降低故障卡死几率。

             第四,降低液体的腐蚀作用。基础管道可考虑使用含碳量较低的耐腐蚀碳钢或不锈钢。弯头、变径法兰处易冲刷的重点部位应采用不锈钢基底,可以堆焊或喷涂,加强管道的耐冲刷与耐腐蚀性能。黑水调节阀承压作用大于调节作用,可使用耐腐蚀、结构强度高的奥氏体不锈钢或双相不锈钢,在流体转向、密封等主要冲刷点增加局部厚度,保证承压长度与可靠性。

             第五,要解决液体冲击问题。不合理的流道设计会让内墙部分隔板承受不必要的冲击,使阀腔内部产生涡流、紊流,冲击阀芯、阀腔,引起震动以及造成阀腔内部隔板损伤。解决办法是阀体采用更好的流线型结构。可参考固体颗粒沉积位置设计,改善流道的流畅程度。流道设计重点是液体稳定流出阀体,也可适当增加流道回流、分流能力,让阀体内腔均匀承载液体压力。回流、分流可减少阀芯单侧压力,有助于稳定阀芯。

             第六,应对闪蒸、空化问题。如果在阀门出口加设降噪板,提高阀门出口压力,降低阀座出口压差,可控制液体在当前温度下的饱和蒸气压,改善液体气化条件。但是,降噪板后的压力依旧很高,会对下游管线及阀门造成二次冲击。流速高、体积大将使下游管道剧烈震动,有可能损伤下游设备入口。可行的办法是在内部阀座出口加装文丘里扩径管,加长文丘里扩径管长度,将气化现象控制在高强度的文丘里管内,保护下游管道及设备。同时,可增加阀座、阀芯、文丘里管处的强度,通过喷涂硬质合金或通体采用硬质合金,增强局部结构强度。外部,可在文丘里管后加装大口径缓冲罐,在下游管道加厚或堆焊、喷涂硬质合金等耐磨材料等。

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