日本CKD電磁閥的選擇以及對溫度的要求
日本CKD電磁閥由于其閥后壓力突然大幅降低,各組分在氣相中的分壓迅速降低,黑水大量汽化,溶解在水中的酸性氣體逸出水面。氣液兩相在分離器中分開,氣相為頂部產(chǎn)物,其中易揮發(fā)組分較為富集;液相為底部產(chǎn)物,其中的難揮發(fā)組分獲得增濃。 齊魯煤氣化高壓黑水調(diào)節(jié)閥采用Masoneilan73000系列SWEEP長彎頸角式閥門,并在閥座出口配有文丘里擴散段。此系列閥門是Masoneilan公司專門為黑水、灰水介質(zhì)等含固體雜質(zhì)的控制而設計,可防止固體介質(zhì)在閥內(nèi)的淤積。其中,閥體材質(zhì)選用ASTMA351Gr-CF3M不銹鋼;閥桿材質(zhì)選用316L表面噴焊碳化鎢硬質(zhì)合金,保證了閥桿與介質(zhì)接觸部分的抗沖蝕能力;閥芯、閥座以及出口流道選用實體碳化鎢材料,可地防止介質(zhì)的沖蝕;閥座與文丘里擴散段為整體式,閥頭和閥桿連為體,閥門維修、備件更換簡便;導向套和較大直徑的閥桿設計,對閥芯穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)性及運動性都起決定作用,能解決在閃蒸工況時的閥桿高頻振動、噪聲問題,還可滿足相應較大的執(zhí)行機構推力要求。 此外,為了避免高壓黑水對高壓閃蒸罐的沖擊,在高壓黑水調(diào)節(jié)閥后設置角閥筒體,用以減緩高壓黑水及閃蒸氣對高壓閃蒸罐的沖擊。
二、日本CKD電磁閥的使用情況
2.1 運行工況及參數(shù)
Texaco煤氣化黑水閃蒸系統(tǒng)工藝介質(zhì)是來自氣化爐及洗滌塔產(chǎn)生的黑水,介質(zhì)流中固體懸浮物和濁度較高,且含有Ca2+、Mg2+、Cl-、S2-、CO32-、NH4+等多種離子,流經(jīng)黑水調(diào)節(jié)閥時會對閥體及閥內(nèi)件產(chǎn)生沖刷腐蝕;加之調(diào)節(jié)閥前后壓差較大,高溫黑水減壓后瞬間會發(fā)生汽化,流速急劇增大,更加劇了對閥體、閥內(nèi)件以及相關附件的沖蝕磨損。表1為齊魯煤氣化黑水閃蒸系統(tǒng)運行工藝參數(shù)。
2.2 日本CKD電磁閥使用狀況
齊魯煤氣化裝置2008年10月開車以來,高壓黑水調(diào)節(jié)閥故障頻發(fā),平均使用壽命不足3個月,且多次發(fā)生因調(diào)節(jié)閥失效導致黑水閃蒸系統(tǒng)臨時停車處理情況,嚴重制約煤氣化裝置的穩(wěn)定運行;黑水調(diào)節(jié)閥及其相關附件的泄漏,造成大量黑水外溢,影響煤氣化裝置的現(xiàn)場工作環(huán)境。其失效模式主要表現(xiàn)為閥頭及閥座沖蝕嚴重,導致調(diào)節(jié)閥功能下降;閥頭與閥桿脫落、斷裂,導致使用失效;閥座擴散段抗沖蝕能力差,導致閥體、角閥下游筒體、三通以及筒體底蓋沖蝕泄漏等狀況。
三、日本CKD電磁閥失效機理分析
3.1 氣蝕和閃蒸破壞
當高溫含固黑水通過調(diào)節(jié)閥節(jié)流口時,液體的壓力低于當時液體溫度下相應的飽和壓力,而且閥門后的出口壓力仍然低于相應的飽和壓力,所以液體通過調(diào)節(jié)閥節(jié)流口后,部分液體即發(fā)生汽化,產(chǎn)生兩相流,汽泡有時合并、破裂和產(chǎn)生蒸汽,形成閃蒸。 氣蝕和閃蒸過程中由于氣泡破裂會產(chǎn)生極大的沖擊力損傷調(diào)節(jié)閥的閥內(nèi)件、閥體和管線的下游部分,給調(diào)節(jié)閥和管道的內(nèi)表面造成沖蝕,同時也降低了調(diào)節(jié)閥的流通能力,尤其在高壓差的情況下,*硬度的閥芯、閥座也只能使用很短的時間;另外,氣蝕和閃蒸還會帶來閥芯的振動,這種振動包括垂直振動和水平振動,分別來自流體的垂直撞擊和水平撞擊,造成機械磨損和破壞,調(diào)節(jié)閥控制不可靠,閥桿折斷。
(1)日本CKD電磁閥閥體耐壓等、使用溫度范圍和耐腐蝕和材質(zhì)都不應低于工藝連接管道材質(zhì)的要求,并應優(yōu)選用制造廠定型廠品。般情況選用鑄鋼或鍛鋼閥體。
(2)日本CKD電磁閥的濕氣體和易燃的流體,不宜選用鑄鐵閥體。
(3)日本CKD電磁閥環(huán)境溫度低于-20°C的場合不應選用鑄鐵閥體。
(4)日本CKD電磁閥閥內(nèi)件應能耐腐蝕、耐流體沖蝕以及耐流體經(jīng)節(jié)流產(chǎn)生空化、閃蒸時閥內(nèi)件的氣蝕損壞。
二、日本CKD電磁閥閥內(nèi)件材料選擇
(1)非腐蝕性流體般選用不銹鋼。
(2)腐蝕性流體流體應根據(jù)流體的種類、濃度、溫度和壓力的不同,以及流體含氧化劑、流速的不同選擇合適的耐腐蝕材料。常用耐腐蝕材料有不銹鋼、20#合金、哈氏合金及鈦鋼。
(3)對于流速大、沖刷嚴重的工況應選用耐磨材料。如經(jīng)過熱處理的9Cr18及17-1pH和具有緊固氧化層、韌質(zhì)及疲勞強度大的鉻鉬鋼、C6X等材料。
(4)嚴重磨損場合的材料選擇
a.出現(xiàn)閃蒸、空化和含有顆粒的流體場合,閥芯、閥座表面進行硬化處理。
b.當流體的狀態(tài)(其溫度與壓差座標的交點)處于溫度300°C及壓差為1.5Mpa兩點連接線以外的區(qū)域時,其閥芯、閥座應表面進行硬化處理。如表面堆焊接司太萊合金。
三、日本CKD電磁閥閥體材質(zhì)與溫度的對應關系
(1)灰鑄鐵,適用于工作溫度在-15~200℃之間,公稱壓力PN≤1.6Mpa的低壓閥門。
(2)日本CKD電磁閥可鍛鑄鐵,適用于工作溫度在-15~250℃之間,公稱壓力PN≤2.5Mpa的中低壓閥門。
(3)球墨鑄鐵,適用于工作溫度在-30~350℃之間,公稱壓力PN≤4.0Mpa的中低壓閥門。
(4)碳素鋼(WCA,WCB,WCC),適用于共走溫度在-29~425℃之間的中壓閥門,其中16Mn、30Mn工作溫度為-40~450℃之間,常用來代替ASTM A105。
(5)低溫碳鋼(LCB),適用于工作溫度在-46~3445℃之間的地位閥門。
(6)合金鋼(WC6,WC9),適用于工作溫度在-29~650℃之間的腐蝕性介質(zhì)的高溫高壓閥門。
(7)奧氏體不銹鋼,適用于工作溫度為-196~600℃的腐蝕性介質(zhì)的閥門。
(8)蒙乃爾合金,主要適用于含氫氟介質(zhì)的閥門中。
(9)鑄銅合金,主要適用于工作在溫度在-273~200℃之間的氧氣管路用閥門中。
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