煤化工專用控制閥

煤化工行業(yè)概述
    煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學(xué)加工，使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及化學(xué)品，并生產(chǎn)出各種化工產(chǎn)品的工業(yè)。煤化工包括煤的一次化學(xué)加工、二次化學(xué)加工和深度化學(xué)加工，煤的焦化、氣化、液化，煤的合成氣化工、焦油化工和電石乙炔化工等等。根據(jù)生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品的不同主要分為煤焦化、煤電石、煤氣化和煤液化4條主要生產(chǎn)鏈。其中，煤焦化、煤電石、煤氣化中的合成氨等屬于傳統(tǒng)煤化工，而煤氣化制醇醚燃料，煤液化、煤氣化制烯烴等則屬于現(xiàn)代新型煤化工領(lǐng)域。目前已成功地開發(fā)出對(duì)煤種適應(yīng)性廣、氣化壓力高、生產(chǎn)能力大、氣化效率高、污染少的新一代煤氣化工藝，主要有荷蘭殼牌（Shell）的粉煤氣化工藝、德國克魯伯-考柏斯（Krupp-Koppers）的Prenflo工藝，美國德士古（Texaco）和Destec的水煤漿氣化工藝以及德國黑水泵的GSP工藝等。

煤化工現(xiàn)階段的主要產(chǎn)業(yè)鏈
    產(chǎn)業(yè)鏈1：煤制烯烴
    產(chǎn)業(yè)鏈2：煤制油
    產(chǎn)業(yè)鏈3：碳一化工（主要是甲醇）下游精細(xì)化工產(chǎn)品，以醋酸、甲胺及DMF、BDO、DMAC、DMC為代表
    產(chǎn)業(yè)鏈4：傳統(tǒng)的合成氨及焦化

煤化工工藝分類

煤化工專用閥門應(yīng)用場(chǎng)合
    1）煤漿（粉）輸送，包括水煤漿（間接液化）、油煤漿（直接液化）等
    2）吹灰系統(tǒng)
    3）廢水處理系統(tǒng)
    4）排渣系統(tǒng)

煤化工行業(yè)閥門控制介質(zhì)特點(diǎn)
    1）介質(zhì)溫度高，輸送溫度最高可達(dá)350℃
    2）氣液固三相流體工況復(fù)雜
    3）工作壓力高，壓差可達(dá)10Mpa以上，導(dǎo)致介質(zhì)流速高
    4）介質(zhì)中含有氯離子、氨、鉀鹽、硫化氫或磷酸等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)

煤化工行業(yè)用閥現(xiàn)狀
    1）煤化工裝置關(guān)鍵閥門基本依靠進(jìn)口，由于進(jìn)口閥門價(jià)格昂貴，使用壽命短，導(dǎo)致頻繁停車，再加上制造廠遠(yuǎn)離中國，售后服務(wù)不及時(shí)，成為煤化工裝置正常運(yùn)行的“瓶頸”。
    2）以現(xiàn)在的煤化工裝置為例，每運(yùn)行3-6個(gè)月，就需停車檢修。關(guān)鍵控制閥沖刷、腐蝕嚴(yán)重，不能長周期穩(wěn)定運(yùn)行，是制約裝置正常運(yùn)行的“卡脖子”設(shè)備。

煤化工行業(yè)用閥解決方案
一、技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.相對(duì)于傳統(tǒng)的表面涂層工藝，研發(fā)出高參數(shù)控制閥用“WESCO(復(fù)相增韌超硬顆粒)”新材料體系，具有更優(yōu)的基體結(jié)合力和耐磨性；

     2.以制約煤氣化爐長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行的三相流閃蒸黑水作為研究對(duì)象，進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力數(shù)學(xué)模型的建立，為高參數(shù)控制閥奠定理論研究基礎(chǔ)；
     3.利用專用CFD流體分析軟件分析針對(duì)煤化工高溫、高壓差、含固體顆粒工況介質(zhì)對(duì)閥門沖蝕的影響因素、提出高參數(shù)控制閥耐沖蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；
     4.通過沖蝕模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)具體工況條件下基體材料、涂層材料、工藝方法的優(yōu)化選擇；
     5.研究選擇合理的涂層工藝方法，打破國外的關(guān)鍵技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)完全的自有技術(shù)。

二、專用裝備能力

煤粉輸送閥 ACC

概述
殼牌及GSP氣化工藝粉煤氣化爐用煤粉輸送閥是氣化爐前進(jìn)料送料關(guān)鍵設(shè)備之一。流體為氣固兩相系統(tǒng)，固相濃度較高，采用普通閥門易引起流動(dòng)不穩(wěn)定或堵塞現(xiàn)象，高濃度輸送（40-400kg/h）固體粉料采用氣力輸送，流量操作范圍在50%-120%。公司針對(duì)介質(zhì)壓力及煤粉流量大小設(shè)計(jì)有大彎徑單座式角閥及側(cè)通徑波紋管密封輸送角閥，供不同工況條件的選擇。
典型工況參數(shù)

閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
▼采用波紋管及填料雙重密封結(jié)構(gòu)，防止煤粉進(jìn)入閥桿導(dǎo)向部分，有效防止了閥桿卡死現(xiàn)象的發(fā)生；
▼閥桿配有防轉(zhuǎn)板，有效防止閥芯的旋轉(zhuǎn)脫開；
▼閥體內(nèi)腔采用碳化鎢硬質(zhì)合金襯套或PTA等離子堆焊WC合金，閥芯、閥座采用碳化鎢硬質(zhì)合金以提高抗沖刷性；
▼流量控制通過閥芯側(cè)壁開槽的流量窗口來實(shí)現(xiàn)，流通能力大小根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)，同時(shí)煤粉沿著錐形閥芯內(nèi)壁滑下，進(jìn)入下游管道設(shè)備；
▼閥體組件設(shè)計(jì)氮?dú)獯祾哐b置，以保持煤粉不會(huì)沉積在閥體內(nèi)腔及堵塞波紋管間隙中，同時(shí)要求氮?dú)忾L期供應(yīng)，只有在停車時(shí)才能停止；
▼進(jìn)口管道與出口管道夾角120°；

主要參數(shù)

黑水角閥 ACV

概述
黑水調(diào)節(jié)閥主要用于高壓差、強(qiáng)沖刷、強(qiáng)腐蝕、介質(zhì)中含有固體顆粒和有閃蒸工況的流量及壓力控制。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于煤化工行業(yè)黑水介質(zhì)的壓力及流量調(diào)節(jié)。同一般的調(diào)節(jié)閥相比，要求黑水調(diào)節(jié)閥更耐沖刷、適用于高壓差、并且便于維修。
典型工況參數(shù)
高壓閃蒸

低壓閃蒸

閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    可調(diào)比：50:1
    流量特性：線性、等百分比
    整體結(jié)構(gòu)合理緊湊精巧
    閥體采用流體介質(zhì)自隔離的平衡式自循環(huán)處理結(jié)構(gòu)，避免大量煤粉顆粒進(jìn)入閥門閥桿與填料部分，有效地解決了因磨損而產(chǎn)生的閥門外漏。內(nèi)腔光滑的流線型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，有效避免了顆粒介質(zhì)對(duì)閥體內(nèi)壁的沖擊。
    閥門自清洗功能
    閥門導(dǎo)向
    閥門自清洗功能
    閥門導(dǎo)向部分的設(shè)計(jì)采用防垃圾槽處理結(jié)構(gòu)，能有效地防止流體中的顆粒進(jìn)入導(dǎo)套間隙而造成的閥門卡死現(xiàn)象；同時(shí)，在閥門上蓋上開有蒸汽連鎖沖洗孔，當(dāng)閥門切換或停運(yùn)時(shí)，可手動(dòng)或自動(dòng)清洗閥桿和填料側(cè)的結(jié)垢和煤粉的凝結(jié)，防止因煤粉的凝結(jié)而使閥門產(chǎn)生卡死。
    適應(yīng)高速流動(dòng)介質(zhì)的沖刷和腐蝕
    閥座、閥芯采用碳化鎢材質(zhì)，或內(nèi)腔襯碳化鎢，或外表面噴涂碳化鎢。（左圖為受損閥芯、右圖為新型閥芯）

閥門導(dǎo)向部分采用特殊刮刀設(shè)計(jì)，防止積垢。
閥門采用快拆式結(jié)構(gòu)，易于閥門裝拆與零部件更換。

主要參數(shù)

灰水偏心旋轉(zhuǎn)閥 VFRM

概述
偏心旋轉(zhuǎn)閥因流通能力強(qiáng)、可調(diào)比大、流道簡單、防堵能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此常用于水回收系統(tǒng)的灰水或黑水控制上。根據(jù)灰水顆粒成分及壓差，通過現(xiàn)代計(jì)算流體軟件（CFD）的模擬分析，設(shè)計(jì)了低流阻，耐沖刷球芯型面及適應(yīng)小開度調(diào)節(jié)的型腔及球芯型面。設(shè)計(jì)的具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三類特殊結(jié)構(gòu)，可以采用PTA等離子堆焊特殊硬質(zhì)粉末合金、HVOF超音速火焰噴涂技術(shù)，也可選用燒結(jié)WC技術(shù)，大大提高閥內(nèi)件及閥體的耐沖刷能力，完全能夠適應(yīng)更加廣泛的苛刻的使用條件。
典型工況參數(shù)

閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
灰水偏心閥具有鍛件閥體結(jié)構(gòu)、鑄件閥體結(jié)構(gòu)兩類，并具備法蘭式及對(duì)夾式兩種形式，可實(shí)現(xiàn)60°轉(zhuǎn)角及90°轉(zhuǎn)角。鍛件閥體可很好的進(jìn)行超音速噴涂、等離子堆焊等工藝操作，硬化層與基體材料結(jié)合力強(qiáng)，適用于固體含量大場(chǎng)合，鑄件閥體易于成型，適宜固體顆粒小、含量少、壓差低的灰水工況。閥芯、閥座可采用等離子堆焊鎳基WC(WESC03)、超音速噴涂WC(WESC01)、整體實(shí)體WC等工藝方式。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)過CFD流體分析軟件進(jìn)行了不同開度下流體參數(shù)分析，可有效避免薄弱環(huán)節(jié)的沖刷。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格
閥體部分

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

性能

表四額定CV值

特殊規(guī)格

圖5 調(diào)節(jié)閥流量特性圖6 定位器輸出特性圖7 帶定位器調(diào)節(jié)閥流量特性

煤粉、黑水、灰水切斷閥G1620 G1630

概述
輸送煤漿、黑水、灰水等含固體顆粒的混流體介質(zhì)的管線，工況條件十分惡劣，介質(zhì)具有很強(qiáng)的沖刷性、磨損性及一定的腐蝕性，而且黏度高、易結(jié)垢，閥門要求能夠耐高溫高壓。

閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    1.球體采用不銹鋼鍛件制造，球體表面噴焊鎳基合金，硬度達(dá)到HRC60-62，在球體內(nèi)通道和唇口處可根據(jù)用戶要求堆焊硬質(zhì)合金材料，完全滿足耐磨要求。
    2.閥座采用不銹鋼鍛件制造，閥座密封表面噴焊鎳基合金，硬度達(dá)到HRC58-60，閥座內(nèi)通道堆焊硬質(zhì)合金，滿足閥座的耐磨要求。
    3.閥座通道在客戶要求時(shí)可以增加不銹鋼襯管，襯管內(nèi)壁采用超音速噴涂硬質(zhì)合金，硬度達(dá)到HRC70，使閥體滿足耐沖刷、耐磨損的要求。
    4.閥座采用彈簧加載，彈簧材料為Inconel X750，在彈簧兩側(cè)采取保護(hù)措施，防止雜物進(jìn)入彈簧腔，有效防止彈簧失效。
    5.閥桿采取增強(qiáng)型防飛出結(jié)構(gòu)，加大閥桿直徑使閥桿具有更高的強(qiáng)度，保證閥桿能夠長期可靠地工作。
    6.閥座密封面兩側(cè)采取刮刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有啟閉過程自清潔功能。
    7.具有自動(dòng)卸壓功能。
    8.閥體各連接部位雙重密封設(shè)計(jì)，能夠長期可靠密封。
    9.本質(zhì)火災(zāi)安全，采用金屬對(duì)金屬密封元件的全金屬結(jié)構(gòu)閥門，性能在火災(zāi)安全模擬測(cè)試中不受影響。




主要參數(shù)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及主要零部件

瑣渣、鎖斗閥及沖洗水閥 G1610

概述
煤化工專用瑣渣、鎖斗閥及沖洗水閥的介質(zhì)為含用固態(tài)礦渣和灰分的高溫渣水，不但對(duì)閥體的流道具有較大的沖蝕，對(duì)閥門的球體及閥座等動(dòng)部件及密封面沖蝕和磨蝕更大，要求閥內(nèi)件經(jīng)過高技術(shù)的硬化處理使閥門具有較高的耐磨性能。產(chǎn)品除了考慮硬化材質(zhì)硬度外，更重要的考慮到硬化工藝，以達(dá)到除了硬度指數(shù)以外的其它指數(shù)達(dá)到要求，如：厚度、與基材結(jié)合力度、在溫度驟變工況的硬度值及結(jié)合力、局部超大壓力因素、局部大顆粒因素。由于集渣和排渣的周期為30分鐘，因此在正常生產(chǎn)中該閥的開關(guān)次數(shù)頻繁，高壓到低壓，高溫到低溫的交替變化較大，要求閥門除標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品具有非常好的使用壽命和較高的密封等級(jí)外，更要考慮完全滿足嚴(yán)酷工況的設(shè)計(jì)和制造，檢測(cè)工藝。

閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    1.閥體結(jié)構(gòu)為兩片全通徑、金屬密封固定球式球閥，整體式法蘭。作為固定球的結(jié)構(gòu)，當(dāng)上游介質(zhì)超大壓力作用在球體上時(shí)，大部分應(yīng)力會(huì)經(jīng)軸樞及時(shí)消解于閥體及管線上，其它作用于閥桿的應(yīng)力則會(huì)消解于閥桿上下軸套，延長閥門的使用壽命，尤其在鎖斗閥的應(yīng)用上，因開關(guān)頻繁，若采用浮動(dòng)球，則閥桿與閥球連接處容易損壞。由于固定球的密封是靠閥座后的彈簧驅(qū)動(dòng)形式密封面，若介質(zhì)中含有大量的顆粒，這些顆粒若卡在閥球與閥座間，固定球結(jié)構(gòu)可避免閥門被卡死的現(xiàn)象。
    2.閥座后采用彈簧壓載，進(jìn)一步加強(qiáng)密封作用，即使在小壓差工況下，確保足夠的密封比壓。閥球所承受的介質(zhì)壓力并不作用在閥座上，即閥座不承受支撐閥球的作用，延長了閥座的壽命。
    3.閥座密封特點(diǎn)：

      1）球閥為雙向金屬密封，密封等級(jí)滿足ANSI FCI 70-2 CLASS VI標(biāo)準(zhǔn)；
      2）閥座采用與閥球同樣的硬化工藝，其平均硬度達(dá)到63HRC，閥座后采用碟型合金彈簧助力，在確保密封性能的同時(shí)能避免彈簧前后聚集顆粒異物，同時(shí)也避免了柱狀彈簧由于腐蝕或進(jìn)入顆粒而發(fā)生推力不均勻，使閥門發(fā)生泄漏。
      3）金屬閥座特殊刮刀設(shè)計(jì)（Scraper action），閥座采用特殊的刮刀環(huán)設(shè)計(jì)，閥門動(dòng)作時(shí)，能刮擦沾粘在閥球上的顆粒介質(zhì)，避免異物刮傷密封面，同時(shí)鋒利的邊緣可對(duì)結(jié)焦或結(jié)塊，體積較大的煤渣切斷。閥座后部設(shè)計(jì)成尾翼式，使閥座后不會(huì)存留介質(zhì)；
      4）閥座、閥球經(jīng)過專用數(shù)控設(shè)備的配對(duì)研磨，除確保精密的密封面外，在閥球表面產(chǎn)生大于閥座面積的相應(yīng)密封面，提高密封面的使用壽命；
      5）關(guān)于閥門安裝方式對(duì)閥座的影響。由于鎖斗閥采用垂直安裝，對(duì)于固定球結(jié)構(gòu)，閥球所承受的介質(zhì)壓力及閥自重作用力對(duì)閥座產(chǎn)生的影響較小，在垂直安裝的時(shí)候，建議執(zhí)行器加有支撐，但閥球及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自重及閥門開動(dòng)、關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向沖擊力仍然會(huì)作用在閥軸上，閥門閥桿上下均有保護(hù)軸樞護(hù)套，從而消除了作用在閥桿上的不平衡力，避免閥桿填料承壓受到破壞，也避免因閥桿受不平衡力增大撓度而導(dǎo)致扭矩增大，直至閥門無法打開。
    4.閥桿的密封特點(diǎn)：
      1）閥桿密封為雙層密封設(shè)計(jì)，閥桿上下均有軸套，避免顆粒介質(zhì)進(jìn)入填料，彈簧加載閥桿密封填料盒，自動(dòng)補(bǔ)償由于介質(zhì)溫度壓力變化引起的閥桿密封比壓的變化。
      2）閥桿對(duì)外泄露等級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過TA-LUFT(VDI 2440LAST EDITION)，以及EPA對(duì)外排放標(biāo)準(zhǔn)。閥桿采用防噴本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，并帶有防靜電環(huán)。
    5.材料選擇及硬化處理方式：
      鎖渣閥和沖洗水閥門閥體采用鍛造低溫碳鋼，ASTM標(biāo)準(zhǔn)為：ASTM A350 LF2材料各種指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于普通鑄造閥體ASTM A216 WCB，相比鑄件而言，閥體缺陷少，同時(shí)閥門的力學(xué)延展性好，能充分克服因閥門頻繁動(dòng)作而產(chǎn)生的應(yīng)力沖擊。閥球、閥座、閥桿采用雙相鋼，同時(shí)閥體與閥球及閥桿均為鍛件，整體閥內(nèi)件的熱膨脹系數(shù)相近，同時(shí)根據(jù)具體工況參數(shù)，進(jìn)行了相應(yīng)特殊部件間膨脹間隙計(jì)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精密的機(jī)加工，有效防止了在高、低溫和高低壓變化的情況下閥門抱死的現(xiàn)象。閥腔內(nèi)壁與閥座接觸部分焊接雙相鋼耐磨層，閥體流道內(nèi)部安裝可更換耐磨襯套，襯套整體雙相鋼材質(zhì)，無須專用拆卸工具，可有效耐受煤氣化熱爐渣的沖蝕、磨蝕和腐蝕。閥桿采用雙相鋼，閥球、閥座和閥桿采用碳化鎢涂層硬化處理。閥球、閥座和閥桿材質(zhì)選用雙相鋼，材料代號(hào)為X2 CiNiMoN 2252,ASTM 標(biāo)準(zhǔn)ASTM A582 Gr.430F。在雙相鋼基材上進(jìn)行硬化處理。

閥門結(jié)構(gòu)參數(shù)

閥體材質(zhì)：不銹鋼（A351 CF8/A182 F304、A351 CF8M/A182 F316）

結(jié)構(gòu)原理
    本控制閥主要有耐磨球閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（氣動(dòng)、電動(dòng)、電液動(dòng)）兩大部件組成。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下形成閥門開啟或關(guān)閉的動(dòng)作原理，耐磨球閥的結(jié)構(gòu)及原理如下：
    1.耐磨球閥主要有左右對(duì)開閥體、閥座、閥芯部件、閥座壓圈、定位軸套、閥座填料函和自動(dòng)吹掃裝置等零部件組成。其特征在于：左閥體和右閥體組成對(duì)開始結(jié)構(gòu)；整體閥芯部件由球體與閥桿及導(dǎo)柱一體化組成，不但保證了同心度而且消除了閥桿與球體的連接的間隙誤差。
    2.采用固定球、浮動(dòng)閥座，左右閥體內(nèi)設(shè)填料函實(shí)現(xiàn)閥座密封。利用閥座壓圈可調(diào)、碟簧彈力補(bǔ)償原理和填料自身回彈率，使閥座緊貼球體，達(dá)到無間隙，防止雜質(zhì)進(jìn)入密封副，并實(shí)現(xiàn)萬向自由活動(dòng)與密封要求。提高密封副的密封效果并減少了磨損，延長了閥門的使用壽命。
    3.耐磨球體表面與閥座密封采用新材料、新工藝，材料用鎳、鉻基合金噴焊熔接密封面，厚度不小于1mm，從而提高了密封面硬度（可達(dá)HRC68-72），達(dá)到耐磨、耐腐蝕、耐沖刷性。
    4.設(shè)計(jì)獨(dú)特自動(dòng)吹掃裝置，它與閥門開/關(guān)形成過程中同步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吹掃功能，不需要其他控制元件。閥座處設(shè)有彈性刮渣機(jī)構(gòu)，閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將沉積在球體表面的雜志清理，保持球體無粘著；與劃傷現(xiàn)象，減少泄露，提高閥門的使用壽命。
    綜上所述，本閥密封副的密封面采用鎳-鈷基合金熔焊層，具有耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷等性能。閥座內(nèi)含填料采用鍥形增加機(jī)構(gòu)調(diào)整，使填料的壓緊力受到控制。浮動(dòng)閥座在碟簧的作用下實(shí)現(xiàn)萬向浮動(dòng)或擺動(dòng)，此密封的設(shè)計(jì)合理先進(jìn)，無論閥門在低壓、高壓、真空及高溫下都能良好的實(shí)現(xiàn)密封。閥門設(shè)置自動(dòng)吹掃系統(tǒng)，解決了閥門在啟閉時(shí)介質(zhì)易進(jìn)入密封副的難題，減少密封副的磨損，延長閥門的使用壽命。該閥特別適用于焦化、煤粉等嚴(yán)苛工況的工業(yè)自動(dòng)控制。
    該閥門也可根據(jù)特殊工況，閥體與球體流道采用鑲內(nèi)襯套的方式，有效地增強(qiáng)了閥門的抗磨損性。

插板閥CB643

概述
    CB643氣動(dòng)插板閥主要應(yīng)用于煤化工煤粉原料的氣體輸送和反應(yīng)尾氣的回收工藝管線上，同時(shí)也可應(yīng)用于其他泄露要求不高的顆粒狀物料傳送、環(huán)保工藝管線等場(chǎng)合使用。

閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    1.閥體部件采用板材、管材、型材等原材料進(jìn)行焊接加工，便于采購、組織生產(chǎn)；
    2.閥板采用碳鋼板或不銹鋼加鍍鉻，提高表面硬度。氮?dú)獯祾?、?dǎo)流槽設(shè)計(jì)；
    3.閥體多級(jí)填料密封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
    4.金屬閥座全接觸密封，提高泄露等級(jí)；
    5.采用外置安裝行程開關(guān)，可有效提高開、關(guān)信號(hào)控制，便于安裝、更換和維修。

閥門結(jié)構(gòu)參數(shù)