摘 要：本文介绍了水煤浆气化炉黑水角阀在长周期稳定运行中的应用。由于黑水系统角阀在气化炉正常运行过程中，长期处于高温（240℃、）高压差（6.0Mpa）黑水（含有颗粒粗渣）冲刷中，运行时间时间久就会导致阀门阀芯、阀座以及缓冲段冲刷受损，造成阀门内漏、卡涩、关不严等现象，严重时影响气化炉、洗涤塔以及闪蒸系统黑水调节。通过利用一种耐高温陶瓷复合管对气化炉黑水角阀文丘里段进行延伸，同时对阀座流道进行优化，提高了阀门的耐腐蚀耐冲刷能力，延长了角阀使用时间，从而保障气化炉长周期安全稳定运行。 关键词：气化炉、黑水角阀、阀座流道、陶瓷复合管
0 引言
德士古水煤浆加压气化工艺技术发源于美国，由德士古公司研发。在1948年，美国研究出了首套15吨煤的测试设备，进行二十多种燃料的测试，主要有：无烟煤、褐煤、烟煤以及石油焦等，1956年研发建成第一套气化炉，其压力为2.8MPa，每日投煤量达到100吨，经过多年的发展，气化技术发展迅速，第二代气化炉压力已达到6.5MPa,日投煤量达到1600吨以上，
该技术成熟可靠，应用广泛，经过多年发展，已在煤化工、石油化工等行业广泛应用。但由于该气化炉运行中黑水角阀运行周期较短，阀门故障率较高，频繁出现如卡涩、内漏关不严等问题。角阀是气化炉正常运行运行中极为重要的设备，是调节气化炉和洗涤塔以及闪蒸罐黑水流量及压力的关键设备，黑水角阀在正常运行受黑水冲刷，黑水中的细渣颗粒、氯离子、硫化氢以及含磷酸等腐蚀性介质对角阀有较强的冲刷，会加速阀门损坏，角阀阀芯阀座受强腐蚀性介质冲刷，阀门缓冲段冲刷泄露后，就会影响生产正常运行，严重时导致减负荷甚至气化炉被迫停车，因而对于黑水角阀阀的研究及技术改造有较积极的意义。
1研究现状
1.1目前我公司有三套气化炉系统，工作温度1400℃，工作压力：6.5Mpa，每套气化炉系统分别有黑水角阀:12"*16" 900LB 2台;4"*6" 900LB 2台；10"*16" 150LB 2台；8"24" 150LB 2台，一套气化炉系统共有角阀8台，气化炉正常运行中，黑水角阀处于一开一备状态。我公司气化炉黑水系统角阀在运行一定周期后会，阀体内部阀座有较严重冲刷，缓冲段侧面受到黑水冲刷导致管壁减薄，运行到一定时间后就会导致黑水介质泄露，影响系统正常运行。
1.2由于黑水角阀前后压差较大（约为6.0Mpa），含固量以及含腐蚀性介质较高的黑水流经角阀时 ，由于阀门流道较小，为了实现减压，黑水流速瞬间增大，黑水流动状态为阻塞流，而阀后介质压力远远小于阀前介质压力，会产生气蚀，流速加大，流体静压力急剧下降，当压力下降到低于液体在当前温度时的饱和蒸汽压时，就会形成气液两相共存，即闪蒸。高温高压的颗粒性介质硬度较高，对角阀阀芯阀座磨损较大，黑水流经角阀流道会产生很大的摩擦力，长时间冲刷导致阀门内件磨损从而出现内漏，影响阀门的正常操作，阀门内漏、卡涩、管壁受冲刷减薄后法兰泄漏较大时，甚至引起阀体穿孔，介质泄露，现场无法处理时，气化炉会被迫减负荷、泄压、切气，甚至停车，给公司的安全稳定运行造成严重影响。
2改进措施
2.1根据以上对角阀结构及介质工况分析，现对黑水角阀阀后文丘里管进行延伸，而市面上的能够耐高温高压差以及含固量高的腐蚀性介质冲刷的材质，如825镍铬合金能满足工况要求，单使用成本较高，根据我公司黑水角阀检修来看，运行一个周期停车检修时，至少有一台角阀延伸冲刷破损，需要重新加工预制，一台角阀延伸段的成本预估在1.2万元左右，
每个周期角阀延伸段检修更换所需费用大约在5万元左右，按每年检修6次计算，检修材料费用在30万元左右，成本较高。普通的金属钢管耐高温高压差冲刷能力有限，不能满足我公司气化炉长周期稳定运行的要求，通过对市场调研发现有一种陶瓷复合钢管售价较低，性能可靠，能够满足我公司黑水角阀使用工况，这种复合陶瓷管内部为一层5mm厚的耐磨陶瓷，也称刚玉，外层为10mm厚的20#钢，总厚度达到15mm厚，能够满足现场工艺条件，耐高温耐冲刷，根据气化炉检修周期估算，每台角阀检修能节省费用0.6万元，每个周期可节省检修费用2.4万元，全年可节省检修费用约15万元。使用成本大大降低，即满足现场使用工况，又为企业降低了经营成本。
2.2 研究发现，现有角阀内部流道曲率半径过小，介质流经阀门时会产生较强节流，为了克服这一缺点，对角阀内部流道结构进行优化，阀腔内部采用角式流线设计，增大阀腔内部曲率半径，阀门内部过渡处采用大圆弧设计，减少介质滞留和发生急转弯，对阀腔内部进行喷涂硬质合金进行处理，来提高角阀抗冲刷能力。
2.3 经过现场拆检阀门后发现阀芯阀座有较严重冲刷，密封性下降。因而对阀芯及阀座进行整体烧结成型并堆焊硬质合金，如镀碳化钨或STL合金，提高阀门整体硬度，使其不低于H
RC70,在上下阀座流道内部均匀堆焊硬质合金后，阀门抗冲刷性得到提高，硬质合金需采用整体烧结，来提高金属材料致密性。在这里不选择喷涂硬质合金的原因在于喷涂的厚度有限，且喷涂不均匀，容易造成一段薄一段厚的现象，而堆焊硬质合金工艺可靠，合金厚度较高（可达2-3mm），相比喷涂的厚度（0.5mm-1mm）有所提高，对角阀阀芯及阀座堆焊STL合金，堆焊层不会脱落，性能稳定，使用可靠。
闪蒸罐2.4 黑水角阀在运行中还会出现阀杆受冲击振动后脱落、变形现象，由于阀杆较长，阀芯较重，且阀门工作开度往往较小（30%-40%），阀杆与阀座密封面较小，介质流经时阀杆阀座受冲刷较大，容易引起阀杆变形，受力不均，因而需要加大阀门工作开度，避免介质流经角阀时产生闪蒸，减缓阀芯阀座冲刷，而要使阀门在大开度下工作，就要减小阀门CV值，这一点在阀门选型设计上要注意。降低角阀前后压差，CV值减小后，阀门开度就会增大，能够减缓介质对阀芯阀座的冲刷。
2.5在气化炉停车检修时，黑水角阀拆解后发现角阀出口缓冲管侧面磨损较为严重，在气化炉运行期间经常出现缓冲管冲刷，介质外漏，根据现场实际情况可以在缓冲管侧面堆焊耐磨钢板，特别是三通焊缝位置加厚处理，增强材料耐冲刷耐磨性，提高角阀使用周期，保障气化炉安全稳定运行。
3行业应用
本文对水煤浆气化炉黑水系统角阀的研究及技术改造在德士古水煤浆气化工艺行业内有着较为广泛的应用，我公司对气化装置黑水系统角阀延伸段改造后，现场使用效果较好，没有出现明显的冲刷泄露情况。
参考文献：
[1]《德士古水煤浆气化工艺概况》.安徽化工，黎军，2001,27（01）；46-49；
[2]《煤气化生产技术》.2版，许祥静，北京，化学工业出版社.2010.
[3]《煤气化黑水角阀损坏原因与优化方案》，黑龙江，邹殿超，中国石油华鹤煤气化公司，2008
作者简介：
1.畅卫兴（1990-），男，陕西乾县人，汉族，助理工程师，本科，Tel：156****0927，E-mail：*****************。
2.杜顺龙(1989-)，男，陕西乾县人，汉族，工程师，本科，Tel：150****3553，E-mail：****************。
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