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上海申弘閥門(mén)有限公司

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煤化工控制閥設(shè)計(jì)選型

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 煤化工控制閥設(shè)計(jì)選型隨著煤化工項(xiàng)目在全國(guó)各地的建設(shè)和開(kāi)車(chē),煤化工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位也越來(lái)越突出。由于煤化工工藝的特殊性,在生產(chǎn)過(guò)程中所使用的各類(lèi)控制閥關(guān)乎著生產(chǎn)的平穩(wěn)和安全,在煤化工項(xiàng)目中起著至關(guān)重要的作用。筆者根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)煤化工各個(gè)裝置區(qū)的各類(lèi)關(guān)鍵控制閥進(jìn)行闡述和剖析,以供大家交流借鑒??刂崎y是控制系統(tǒng)全部自動(dòng)化中重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組織,其質(zhì)量的優(yōu)劣將直接顯現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)的操作質(zhì)量上。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高,控制閥這一重要組件將被應(yīng)用到生產(chǎn)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié),其質(zhì)量好壞也就直接影響生產(chǎn)效益的高低。所以,選擇一個(gè)高品質(zhì)、高效率控制閥是管控好整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵。本文從工藝設(shè)計(jì)的角度,介紹了控制閥選型的基本原則,分析了化工行業(yè)控制閥應(yīng)用現(xiàn)狀,闡述了工藝設(shè)計(jì)對(duì)控制閥的影響。


選型的要點(diǎn)
1、明確閥門(mén)在設(shè)備或裝置中的用途
確定閥門(mén)的工作條件:適用介質(zhì)的性質(zhì)、工作壓力、工作溫度和操縱控制方式等。
2、正確選擇閥門(mén)的類(lèi)型
閥門(mén)型式的正確選擇是以設(shè)計(jì)者對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝流程、操作工況的充分掌握為先決條件的,在選擇閥門(mén)類(lèi)型時(shí),設(shè)計(jì)人員應(yīng)首先掌握每種閥門(mén)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能。
3、確定閥門(mén)的端部連接
在螺紋連接、法蘭連接、焊接端部連接中,前兩種。螺紋連接的閥門(mén)主要是公稱(chēng)通徑在50mm以下的閥門(mén),如果通徑尺寸過(guò)大,連接部的安裝和密封十分困難。
法蘭連接的閥門(mén),其安裝和拆卸都比較方便,但是較螺紋連接的閥門(mén)笨重,價(jià)格較高,故它適用于各種通徑和壓力的管道連接。
焊接連接適用于較荷刻的條件下,比法蘭連接更為可靠。但是焊接連接的閥門(mén)拆卸和重新安裝都比較困難,所以它的使用僅限于通常能長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行,或使用條件荷刻、溫度較高的場(chǎng)合。
4、閥門(mén)材質(zhì)的選擇
選擇閥門(mén)的殼體、內(nèi)件和密封面的材質(zhì),除了考慮工作介質(zhì)的物理性能(溫度、壓力)和化學(xué)性能(腐蝕性)外,還應(yīng)掌握介質(zhì)的清潔程度(有無(wú)固體顆粒),除此之外,還要參照國(guó)家和使用部門(mén)的有關(guān)規(guī)定。
正確合理的選擇閥門(mén)的材質(zhì)可以獲得閥門(mén)使用性能。閥體材料選用順序?yàn)椋鸿T鐵-碳鋼-不銹鋼,密封圈材料選用順序?yàn)椋合鹉z-銅-合金鋼-F4。
5、其它
除此之外,還應(yīng)確定流經(jīng)閥門(mén)流體的流量及壓力等級(jí)等,利用現(xiàn)有的資料(如閥門(mén)產(chǎn)品目錄、閥門(mén)產(chǎn)品樣本等)選擇適當(dāng)?shù)拈y門(mén)。


一、 煤化工控制閥設(shè)計(jì)選型鍋爐裝置區(qū)
  煤化工項(xiàng)目的鍋爐給水壓力16mpa,鍋爐出產(chǎn)的蒸汽基本為9.8mpa、540℃,大部分用于拖動(dòng)透平汽輪機(jī),其余部分經(jīng)過(guò)多次減壓后供生產(chǎn)使用。所以鍋爐裝置區(qū),給水控制閥和蒸汽減壓閥非常重要,而且造價(jià)*。


  1、鍋爐給水閥
  用于控制汽包液位,給水壓力高(16mpa)溫度高(220℃),對(duì)閥體及其內(nèi)件沖刷,閥門(mén)選型不當(dāng)極易產(chǎn)生振動(dòng)。閥芯結(jié)構(gòu)可用籠式套筒。閥芯與閥桿連接形式要求焊接,不采用螺紋、銷(xiāo)釘和螺栓被帽的形式,避免在高壓沖蝕下閥桿與閥芯脫落。閥門(mén)本體材質(zhì)通常為wc6或cf8m,閥內(nèi)件材質(zhì)304或316,閥桿材質(zhì)可選304、17-4ph(馬氏體不銹鋼,強(qiáng)度*)如選用304,要求有1.5-2倍強(qiáng)度余量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可選用電動(dòng)或氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu),考慮到控制安全的需要,要求事故狀態(tài)下閥門(mén)保持開(kāi)度。
  2、鍋爐給水泵小回流閥
  鍋爐給水泵往往為10級(jí)以上的多級(jí)泵,進(jìn)出口壓差,為了保證給水泵的安全運(yùn)行,小回流閥是給水泵重要的安全控制附件。由于壓差高達(dá)16mpa,溫度220℃,對(duì)閥本體和內(nèi)件沖蝕,控制難度也較大,加之價(jià)格較高。許多地方往往采用帶定位器的套筒控制閥代替,通過(guò)定位器控制難度大,往往伴隨著振動(dòng)和沖蝕,使用壽命較短。真正的小回流閥為自力式閥門(mén),閥芯須經(jīng)噴涂碳化鎢處理,閥芯和閥體可堆焊司太立合金。
  3、蒸汽減壓閥
  這里重點(diǎn)介紹9.8mpa減1.0mpa的閥門(mén),其他等級(jí)的減壓閥國(guó)內(nèi)基本可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。對(duì)于9.8mpa減1.0mpa的閥門(mén)目前世界范圍內(nèi)*還是cci迷宮式套筒減壓閥,雖然多數(shù)廠家也可制造生產(chǎn)此種閥門(mén)而且有一定的使用業(yè)績(jī),但是關(guān)鍵核心技術(shù)還在套筒的結(jié)構(gòu)和制造工業(yè)。cci采用的迷宮式減壓套筒,此部件目前還是cci計(jì)算和制造的。但是閥桿和閥塞的連接還要避免通過(guò)銷(xiāo)釘和螺紋,是整體或焊接方式。注意的是,其他進(jìn)口品牌,往往可能在閥門(mén)進(jìn)口或出口增加整流或降噪孔板,其實(shí)也是起到減壓作用,但這種結(jié)構(gòu)帶來(lái)很大的問(wèn)題,通常此種閥門(mén)基本通過(guò)焊接方式與管道連接,一旦孔板破損對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)的問(wèn)題都是致命的,而且在低負(fù)荷下,孔板的減壓降噪效果下降極快,基本起不到正常作用。這也是使用選型中需要注意的。


二、 煤化工控制閥設(shè)計(jì)選型空分裝置區(qū)
  空分裝置區(qū)基本為低溫閥、氧閥和分子篩再生閥門(mén)(機(jī)組的閥門(mén)單獨(dú)說(shuō)明)
  1、低溫閥門(mén)
  目前低溫閥較為成熟,基本國(guó)內(nèi)外均可制造,如福斯、fisher、山武、koso等,此種閥門(mén)填料和閥桿加長(zhǎng)處理。閥體及閥內(nèi)件材料以316為主。
  2、氧氣放空閥
  作為空分裝置氧氣超壓后緊急放空,特點(diǎn)是壓差大,動(dòng)作速度快,放空量大(取決于氣化的設(shè)計(jì)負(fù)荷)。由于氧氣的特點(diǎn),對(duì)于一般有色金屬。原則上線速度不超過(guò)25米/秒(與氧氣純度和壓力都有關(guān)系,這里取一個(gè)通常值)。所以對(duì)于高壓差下的氧氣放空閥,材質(zhì)一般選擇inconel625或menel500以上。由于閥體及內(nèi)件均采用此種特材,成本非常高。閥門(mén)類(lèi)型可以為:套筒閥和球閥,通常不采用球閥(除了用于切斷作用的閥門(mén))當(dāng)然主要是價(jià)格因素。同時(shí)、套筒閥也有很好的使用效果。由于壓差較大,在閥門(mén)開(kāi)啟與閉合時(shí),需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出較大的力量,往往執(zhí)行機(jī)構(gòu)非常大,閥桿也很粗,動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。這里介紹一種平衡式閥芯,可以克服大壓差下閥門(mén)控制。
  3、分子篩純化系統(tǒng)用的三桿閥
  根據(jù)分子篩再生的工藝特點(diǎn):管道通常較粗(一般直徑在900mm以上。大的到1500mm),再生頻次高,介質(zhì)較為清潔、壓力和溫度適中。對(duì)閥門(mén)要求零泄漏,可單項(xiàng)密封。對(duì)于這樣大口徑管道,通常選用蝶閥,對(duì)于泄露的要求,可選用三偏心蝶閥。三桿閥就是一種特殊三偏心形式的蝶閥,轉(zhuǎn)動(dòng)軸*偏離中心,類(lèi)似一種機(jī)械人手臂式的結(jié)構(gòu)。動(dòng)作時(shí),閥板先沿介質(zhì)流向反方向移動(dòng),使閥板與閥座分開(kāi),然后翻轉(zhuǎn)閥板,克服了閥板與閥座的摩擦。典型的閥門(mén)是歐賓諾斯的三桿閥,閥門(mén)具有防火功能,高溫下,閥座軟密封破壞后,其閥座與閥板形成第二道密封,保證氣體不泄露。


三、 煤化工控制閥設(shè)計(jì)選型氣化裝置
  氣化裝置復(fù)雜,也是煤化工的核心裝置,此裝置使用的閥門(mén)種類(lèi)繁多而且要求非??量?,同時(shí)又與氣化爐的形式有很大關(guān)系。目前氣化爐有德士古、gsp及四噴嘴水煤漿爐。
  1、煤漿及煤粉系統(tǒng)
  煤漿做原料的控制系統(tǒng),煤漿作為輸送和流量調(diào)節(jié)設(shè)備,閥門(mén)起到控制煤漿的循環(huán)和切斷。根據(jù)煤漿的特點(diǎn),為球閥,雙向硬密封固定球,內(nèi)件可選316及以上材質(zhì),可做滲氮及堆焊司太立合金進(jìn)行硬化處理;
  煤粉做原料的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜,而且由于煤粉產(chǎn)生的磨損效果較為嚴(yán)重,當(dāng)然根據(jù)9大類(lèi)閥門(mén)的特點(diǎn),球閥依然是,雙向硬密封固定球,內(nèi)件可選316及以上材質(zhì),可做滲氮、堆焊司太立合金進(jìn)行硬化處理甚至噴涂碳化鎢。這里要強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn):

1、閥門(mén)的軸承選擇上,盡量保證軸承密封效果,避免煤粉進(jìn)入軸承對(duì)其造成磨損加速閥門(mén)損壞

2、閥座蝶型彈簧材質(zhì)上的選擇,建議選擇高速鋼如:

3、閥門(mén)安裝時(shí)應(yīng)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝支架或吊架避免執(zhí)行太重對(duì)閥桿及軸承的影響。這三點(diǎn)注意同樣適用于氣化鎖渣閥,而且選型情況與鎖渣閥基本一樣。這里推薦兩種閥型供參考,可能效果會(huì)更好。

1、軌道球閥,也就是所謂彈性球球閥。需要注意的就是軌道球閥需要考慮物料對(duì)軸承和閥桿及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的影響,這里在密封上需要進(jìn)行處理;

2、盤(pán)閥,聽(tīng)說(shuō)有一定的使用業(yè)績(jī),并且效果也不錯(cuò),但選擇需要選擇雙向密封,同樣需要考慮對(duì)閥桿及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的密封的問(wèn)題。
  2、鎖渣閥
  與上面煤粉系統(tǒng)選擇的球閥一致,不再重復(fù)。

四、 煤化工控制閥設(shè)計(jì)選型合成及后續(xù)其他裝置
  甲醇合成及后續(xù)其他裝置閥門(mén)選型基本遵循了閥門(mén)選用的基本要求,根據(jù)工藝的特點(diǎn),需要注意和關(guān)注的1、溫度,低溫閥門(mén)材料選型注意使用304l或316l;

2、腐蝕介質(zhì)如含硫化氫的,除316l外可高選317l或雙相鋼材質(zhì);

3、對(duì)于含毒性大或有強(qiáng)刺激的介質(zhì)可選用波紋管密封型式;

4、氣體法生產(chǎn)聚丙烯,需要高頻閥門(mén),開(kāi)關(guān)次數(shù)多,目前只有少數(shù)幾家產(chǎn)品業(yè)績(jī)較好,選型中需要注意。


  綜述,目前閥門(mén)基本分為九大類(lèi):1、單座閥2、雙座閥3、角閥4、隔膜閥5、球閥6、蝶閥7、套筒閥8、偏心旋轉(zhuǎn)閥9三通閥。根據(jù)閥門(mén)自身的特點(diǎn),根據(jù)工藝不同的要求和介質(zhì)的特點(diǎn)進(jìn)行選擇,優(yōu)化。當(dāng)然還有許多閥門(mén)屬于從九大類(lèi)中衍生出來(lái)的,如插板閥和盤(pán)閥屬于蝶閥類(lèi),旋塞閥屬于球閥類(lèi),換向閥屬于三通閥門(mén)類(lèi)等。在閥門(mén)選型上,除了注意閥門(mén)的類(lèi)型和材料外,閥門(mén)附件同樣非常重要,執(zhí)行機(jī)構(gòu)、定位器和空氣減壓原件、閥位反饋原件等,由于篇幅的問(wèn)題不再一一敘述。

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