煤化工装置自控阀门应用实践

煤化工装置自控阀门应用实践

蔡加潮1   ,李欣2  ,陆应来3

杭州良盛电气有限公司   311402

摘要：随着经济与科技迅猛发展的带动，各类自动化技术与设备在各行各业中得到了广泛的应用，显著提升了企业生产经营的自动化水平。近些年，很多煤化工企业引入了自控阀门装置，在很大程度上提高了煤化工装置的工作效率，减少了煤气化生产成本的投入，强化了煤化工装置运行的安全性与平稳性。所以，文章围绕自控阀门系统的构成、弹簧参数设定与弹簧设计，着重阐述了煤化工装置的自控阀门，分析探讨了自控阀门在煤化工装置实际运行中的应用，旨在为自控阀门在煤气化过程中的有效应用与发展给予一定参考。

关键词：煤化工装置；自控阀门；应用实践

在煤化工装置中，阀门所起的作用极为关键。随着信息化时代的到来，阀门装置的自动化程度也越来越高，不仅提升了煤化工装置运行的效率，也强化了装置实际运行的安全性和稳定性，提升了企业生产管理效率和质量，为煤化工企业的生产创造了更多的经济价值，也进一步提升了企业的综合竞争力，为企业的长效稳定发展作出了巨大的贡献。

1、自控阀门装置的概述

1.1自控阀门装置的组成

基于自控阀门装置对外部能量需求的程度，可划分为两个类别，其一为有源控制阀门；其二为无源控制阀门。其中，后者应用的范围更广，属于不用外界给予相应的能量就可以完成自动调节与控制功能的阀门装置，在实际应用中不仅快捷简便，还具有较高的自动化程度等，能够在工业化生产过程中发挥更多的价值。一般来说，阀门装置利用有针对性的机械设备调节煤化工装置的实际工作情况，然后结合平衡原理达到阀门自动化控制的最终目标。

自控阀门装置的构成比较显著，涉及的主要元件有控制单元、缓冲/复位弹簧、流体进/出水口等。自控阀门装置在实际工作时，装置中的缓冲弹簧会把阀芯推动到适当的位置，然后将进水口封堵，促使阀门自动关闭，完成煤气化工艺过程的停止进行。但利用装置中的复位弹簧把阀芯推动到特定的位置，会使封堵的进水口通过锥形面最终回归到初始位置，促使阀门注水口自动开启，实现整个自动控制阀门的控制过程[1]。

1.2设定缓冲/复位弹簧参数

据相关研究分析显示，在自动控制阀门的运行中，其缓冲弹簧可以对阀芯给予有效地保护，而复位弹簧可以有效发挥阀门自动启动的重要功能，所以，这两种弹簧均属于自控阀门装置中不可缺少的组成部分。在设计这两种弹簧的直径、内/外径等各项参数过程中，相关设计人员可选择统一的设计参数，以确保自控阀门装置的顺利运行。当煤气化工艺流程在实际应用中对缓冲/复位弹簧的旋转角度没有指定的要求时，一般会将其设置成向右旋转。不仅如此，在不对弹簧施加作用力的情况下，每个弹簧圈之间的距离均属于固定值。但其在受力过程中会有力学变形的情况出现，所以，在实际设计过程中，应该顾及到两种弹簧的荷载极限，以确保弹簧圈在作用力施加到极限的情况下仍旧能够有效地运行。

1.3缓冲/复位弹簧设计方式

设计工作者在对两种弹簧展开设计时，务必要确保在弹簧可以满足自控阀门常规应用尺寸条件的前提下确保缓冲/复位弹簧使用的稳定性与可靠性。所以，工作人员在弹簧设计开始前，务必要精准的计算出弹簧具有的刚度、强度以及稳定性等各项参数[2]。在计算弹簧刚度过程中，可围绕自控阀门常规运行时对弹簧变形量的具体要求，计算获得弹簧刚度的实际参数，然后结合实际情况明确弹簧丝设计的直径、圈数以及材质等方面。在计算弹簧强度过程中，可围绕弹簧丝的升角与其他条件，计算获得弹簧截面的应力值，由此很好的估算出弹簧可以承载的极限荷载值。在计算弹簧稳定性过程中，相关设计人员可基于弹簧两侧不同状态下的实际受力情况，明确弹簧的长细比系数，由此可以更好的保障弹簧应用的稳定性。不仅如此，相关设计人员应该时刻注意弹簧的高径比与圈数，以避免弹簧在实际应用时发生侧向弯曲时干扰到其自身的稳定性。

2、自控阀门在煤化工装置实际运行中的应用

2.1氧气控制阀门的应用

在煤化工装置运行时，会经常应用到氧气控制阀装置，其目的是有效控制氧气输送/吹扫管路的开关，以避免因为氧气泄漏情况的出现而引起燃烧或爆炸等事故，确保煤气化过程（吹风、蒸汽吹净、一次蒸汽上吹、蒸汽下吹、二次蒸汽上吹与蒸汽吹净）的安全性[2]。但不可忽视的是，系统中的氧气管线与阀门均是易燃物质，所以，工作人员只可在系统设计、材料与原件的应用和安装上进一步避免安全事故的产生，确保整个煤气化工艺过程的安全性。在氧气阀门的防火设计中，其阀杆一般会设计成双层轴套密封，其加载阀杆对系统的填料盒发挥着密封功能，可以自动对温度与压力等变化引起的阀杆密封比压变化进行补偿。另外，其填料盒的填料应用的是具有较好防火性和较强抗氧化性的石墨材料，能够减少火灾发生的几率，并且每个阀门均附有位置开关，在有相关故障出现时可以第一时间关闭氧气阀门。

2.2煤浆管线阀门的应用

通过实验分析显示：煤浆的成分主要有水、煤粉与添加剂，这些物质共同经过阀门时，会引发一定的问题。比如，其一，煤浆中存在许多固体颗粒，会严重的冲击破坏阀门；其二，煤粉极易导致阀杆与阀套之间出现堵塞与卡死的情况；其三，这些混合物对阀门的流道有较高的要求，极易导致煤浆堵塞情况的出现。所以，在设计煤浆阀门时，应该着重考虑具体情况与相关影响要素，将设计的侧重点放在煤浆阀的硬化工艺、密封性能与清洁保养上。因为煤浆会严重磨损到自控阀门装置，在工业化生产过程中会优先选择双向硬密封固定球当成阀球，辅之以渗氮工艺与碳化钨喷涂工艺，来有效硬化处理煤浆对自控阀门的磨损。在具体应用中，煤浆反馈阀一般会与联锁协同应用，但开关的时效性与质量性会对系统的稳定性产生一定的影响。

2.3合成气出口阀的应用

在煤制甲醇与合成氨流程中，因为气化炉出口不仅具有较大的气流量和较快的速度，还极易引发泄漏，所以一些设备管线上通常会加设调节阀与放空阀装置。前者是在气化和变换工段的连接位置处安装；后者是在气化工段与火炬的连接位置处安装。阀门在开关上的应用情况直接决定着工艺流程的顺利进行，在此过程中，调节阀装置会产生很大的压力差，其堵塞、卡死的情况比较显著，管线的噪音也需要给予有效的处理。所以，合成气出口阀装置一般会用到偏心蝶阀与套筒阀，其中，前者是借助设备扭力与系统的大压力差来严格密封阀座面；后者的应用能够缓解工艺生产中产生的噪音，但要注意合成气中存在的煤颗粒，以避免因积灰或结焦引起阀门堵塞，所以，可将套筒窗口适当地加大。

2.4黑水调节阀的应用

在黑水调节阀中，最常应用的就是直行程系列的黑水角阀，旨在处理与控制黑水介质等固体杂质，能够进一步避免该介质在阀门中的堵塞与淤积，以确保调节阀在正常运行时的时效性与稳定性。黑水处在阀芯与阀座环口位置，汇聚的高流速固液物质会较大程度的侵蚀到黑水调节阀，所以，此类调节阀阀芯受到磨损的程度会比较严重，通常只会利用下游管线阀门来有效调节流量与控制液位[4]。除此之外，此类调节阀的阀座在这种工艺条件下受到的磨损程度也会比较严重，所以也要针对此方面展开重点研究。

3、结束语

综上所述，在信息化发展的今天，自动化技术的应用愈发成熟。煤化工企业应该高度重视自控阀门的设计与应用，在阀门知识熟练掌握的前提下，基于企业本身实际与生产现状有针对性的选择自控阀门装置，另外，煤化工企业还应该加强此类阀门装置在相应机械设备中的实际应用，从而大大提高煤气化过程的应用效率与企业生产过程的智能化水平。

参考文献

[1]刘军军,石振华,杨璞.煤化工装置自控阀门应用分析[J].自动化应用,2017(09):138-139.

[2]张宝,Zhang,Bao,等.煤化工自控阀门检修管理[J].仪器仪表用户,2017(10):423-424.

[3]王红岗,邱郝俊.煤化工自控阀门检修过程管理探讨[J].科技创新导报,2020(18):176-177.

[4]陈凤官,王渭,明友,等.煤化工装置用黑水角阀失效分析及改进技术进展[J].流体机械,2020(01):115-115.