GSP气化炉激冷水流量调节阀应用

    某化工厂GSP气化炉在开车过程中发生激冷水流量调节阀短时间内冲刷磨损问题，严重时激冷水流量调节阀上线运行不到3天，就出现阀芯磨损情况，导致激冷水流量调节阀无法正常调节，气化炉被迫停车。笔者通过对GSP气化炉激冷水流量调节阀冲刷、磨损原因进行分析，对激冷水中固体颗粒物含量较大的工况下，激冷水流量调节阀的几种改型应用进行比较分析。
    1 工艺简介
    GSP气化技术为干煤粉加压气化技术，来自磨煤干燥装置的干煤粉经过锁斗加压和煤粉给料仓密相流输送到气化炉顶部的煤烧嘴；煤在气化炉反应室气化为粗煤气和液态灰渣，气化产物直接向下进入气化炉激冷室，灰渣激冷固化后通过渣锁斗排出，粗煤气激冷饱和后进入文丘里洗涤系统进一步洗涤细灰；洗涤后的煤气去下游变换装置；气化形成的灰水经闪蒸后，进黑水系统沉淀分离细灰，闪蒸气冷却后，去焚烧炉；气化废水经废水汽提后，去污水处理厂，酸气去硫磺回收装置。煤粉加压输送、煤气化、排渣、洗涤等四个工序集中布置在气化区域，黑水闪蒸、黑水处理、废水汽提等系统布置在黑水区域。
    GSP气化炉激冷水系统主要为气化炉激冷室提供循环激冷水，通过激冷水流量调节阀调节到激冷室的水流量而控制激冷室温度，若激冷水流量调节阀无法正常调节则影响气化炉结渣效果甚至烧毁激冷室。（如图1）

图1 GSP气化炉工艺示意简图

    2 GSP气化炉激冷水流量调节阀冲刷、磨损原因分析
    GSP气化炉激冷水流量调节阀冲刷、磨损的直接原因为激冷水中含有大量颗粒物质，激冷水流经阀体时对阀体产生冲刷、磨损。按照工艺商西门子设计，激冷水系统中的颗粒度大小为0.1um，含量为0.1mg/L；而在气化炉试车过程中，实际工况与原设计工况出现重大偏离，激冷水系统中的颗粒度大小达到900um，颗粒物含量达到980mg/L，与原设计工况相比增大了几千倍。激冷水流量调节阀在调节过程中，激冷水夹带固体颗粒物高速流经阀体，颗粒物对阀芯、阀座及阀体高速冲刷，造成阀芯、阀座及阀体磨损，随着阀芯冲刷磨损加剧，激冷水流量调节阀流量调节特性逐渐变差，最终激冷水流量调节阀无法正常调节激冷水流量。
    激冷水流量调节阀磨损的间接原因是阀门结构及阀内件材质选择不当。例如原设计采用SamsonV-Port结构形式的激冷水流量调节阀，阀内件材质为双相钢，V-Port结构具有分流、阀芯导向功能，激冷水流过时，阀腔内易产生涡流现象，会增加阀内件被冲刷的力度。双相钢阀内件，抗腐蚀能力强，但是材质硬度不高、抗冲刷能力弱、介质冲向阀芯部位呈锐角易被冲刷损坏。
    3 GSP气化炉激冷水流量调节阀的几种改型应用
    3.1 阀内件表面碳化钨喷涂
    在SamsonV-Port结构激冷水流量调节阀基础上，将双相钢阀内件表面做碳化钨喷涂处理，提高阀内件硬度，在一定程度上能提高阀门耐冲刷能力。碳化钨喷涂处理后的阀门在线运行状况能得到一定改善，能在线运行10天左右。
    3.2 采用笼式结构，提高阀内件材质硬度
    阀门采用笼式结构，阀座采用孔式结构，阀内件材质选择较硬的440C。激冷水调节阀采用笼式结构，激冷水流过阀门时压力降低，减小冲刷力度，同时采用硬度较高的440C作为阀内件材质，增强阀内件抗冲刷能力。笼式结构激冷水流量调节阀在线连续运行时间可达到一个月，抗冲刷能力明显提高。
    3.3 采用偏心旋转阀
    阀门采用偏心旋转阀，阀体材质选用铬钼钢+碳化钨喷涂，内件材质选用17-4PH+激光熔焊。偏心旋转阀做激冷水流量调节用，阀门流道相对简单，一定程度上可减少激冷水对阀门的冲刷，但是仍然不能满足长周期连续运行要求。
    3.4 采用陶瓷滑板阀
    阀门采用陶瓷滑板阀，阀体陶瓷内衬，陶瓷滑板阀的优点是阀门流道为直通型，流道简单，流体通过时摩擦冲刷小，另外采用陶瓷材质，大大提高了阀门抗冲刷能力。
    激冷水流量调节阀采用陶瓷滑板阀，从阀门结构形式和阀门材质两方面克服了激冷水冲刷问题，大大延长了激冷水流量调节阀在线连续运行周期。
    4 结语
    笔者通过对GSP气化炉激冷水流量调节阀冲刷磨损原因进行分析，对激冷水流量调节阀的几种改型应用进行了比较分析，结合现场实际应用，提出了目前GSP气化炉激冷水流量调节阀抗冲刷、磨损最佳结构形式为陶瓷滑板阀，对GSP气化炉的长周期稳定运行有着重要意义。