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  • 进口硬密封球阀选型运用-型号|原理|德国莱克LIK品牌
    发布日期:2016-11-14


    进口硬密封球阀的选型运用
    案例简介: 简单介绍了煤化工行业的现代化工艺技术和整个煤化工行业的国内外发展趋势,同时分析了煤化工行业里硬密封球阀的经济性和发展前景。根据煤化工行业的特殊性对硬密封球阀的核心部件的工艺方法进行了简单介绍,然后对煤化工行业中常用的硬密封球阀的结构特点进行了简单分析,基本确定了硬密封球阀的适用工况。

    详细介绍

     

    1、 前言

    煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品的过程。根据生产

    工艺和产品对象的不同可以分为煤焦化、煤电石、煤气化和煤液化等产业链。其中煤焦化、煤电石属于传统的煤化工产业。煤气化制醇醚燃料和煤制油燃料属于现代煤化工领域。煤的气化占有重要地位,其用于生产各种气体燃料,能有效的提高人民生活水平和保护环境,另外煤制气是液体燃料及其他化工产品的重要原料。煤制油即煤在高温、高压下加氢生产出人造石油及其化学品的过程。在石油短缺时,煤制油产品将替代天然石油为世界经济的平稳发展奠定基础。

    2、现代煤化工工艺技术

    2.1 煤制油的工艺方法

        煤制油工艺可分为直接液化和间接液化两种。直接液化是先将煤炭磨成煤粉与溶剂配制成煤浆,然后在高温、高压及加氢处理的条件下转化成油品。间接液化是将煤炭在高温下气化,再在催化剂作用下加氢处理合成油品。直接液化和间接液化制油的共同工艺特点是高温(350~480℃)、高压(20      ~30MPa)、易燃、易爆、腐蚀和磨损,有较高的操作风险和技术难度。当前世界上直接液化工艺技术接近工业化的有德国JGOR工艺、美国HTI工艺、日本NEDOI工艺。已经成熟工业化运行的有南非Sasol固定床流化床、浆态床和壳牌(Shell)公司的固定床工艺。

    2.2 煤直接液化工艺过程

    煤直接液化也称为煤的加氢液化,是指在高温(420~480℃),高压(10~20MPa)下,采用加氢方法使煤转化为液态烃的过程。由于供氢方法和加氢程度的不同,有不同的直接液化法,加氢液化产物称为石油,可进一步加工成各种液体燃料,直接液化中所用的氢气通常用煤和水蒸气气化反应制取。煤的直接液化法由于氢耗高,压力大,因而设备投资大,成本较高。

    2.3 煤间接液化工艺过程

    煤的间接液化是指将煤首先制成合成气,然后通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料,含氧化合物燃料(如低碳混合醇。二甲醚等)。由于甲醇,低碳醇的抗爆性能优异,可替代汽油,而二甲醚的十六烷值很高,是优良的柴油替代品。近年来,还开发了甲醇转化为高辛烷值汽油的技术,更促进了煤间接液化技术的发展。

    3. 煤化工行业的发展形势

    近年来,随着我国国民经济的高速和持续发展,能源和化工产品出现较高的需求增长,其中煤化工在能源和化工领域占有重要地位。我国总的能源消耗比例为煤炭占67.8%、石油占23.4%、天然气占2.5%、水电占5.4%、核能占0.83%。石油紧缺和油品消费增大的矛盾日渐突出,对其进口的依赖也越加严重。我国的石化产业调整和振兴规划中明确提出,积极引导煤化工行业健康发展,重点抓好煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇和煤制耳甲醚等五类示范工程。在未来的几年里,国家逾投资上万亿元大力发展煤化工产业,到2020年中国的煤制油能力将达到年产5000万t,届时15家有商业规模的煤液化工厂的总产量将可以替代2020年中国石油总进口量的15%,大大缓解国家对进口原油依赖的压力。煤直接液化、间接液化的产品以汽油、柴油、航空煤油以及烯烃为主,产品市场潜力巨大、工艺技术创新的集中度高,是中国新兴煤化工产业的重要发展方向。中国现有大型煤汽化一合成氯企业50家,中型企业1000余家,年产300万t装置30套,中型装置55套,4万t以下700套。汽化炉的拥有量约4000套。最近几年,新建壳牌工艺汽化炉20余套,如湖北应城、广西柳州、湖南岳阳和云南的大犁合成氨厂,湖北枝江、辽宁大连、河南永城、新乡和义务的煤制甲醇,安徽安庆、内蒙神化的煤制氢。新建德士古工艺汽化炉10套。拟建中的项目58套,主要阀门供应商如芬兰NELES,德国BERRIN.ARGUS,北美VELAN和部分国企。在这些新建装置中,每套装置需要金属密封球阀约7000万元,其中氧阀约2000万元,其他阀门约3500万元。按每年投产8套装置计,年需求金属密封球阀约10亿元。

    4. 煤化工所用硬密封球阀

    煤制油的生产设备主要由反应炉的塔器、罐釜和管道等系统装置组成,阀门是其中重要的控制设备。通用的闸阀、截止阀、止回阀、球阀及蝶阀等阀门需要承受高温、高压、临氢、走氧、易燃、易爆、腐蚀及磨损等工况条件,其中核心装置选用阀门以高温高压金属密封耐磨球阀结构形式为主,这符合阀门行业高新技术产品的发展方向。由于煤化工特殊的工况,对阀门性能要求特别高,为满足其特殊的工艺要求,主要从阀门的核心零件工艺和阀门结构两个方面进行设计介绍:

    4.1 阀门的核心零件工艺

    4.1.1  硬密封球芯加工工艺

          硬密封球芯作为硬密封球阀的核心部件,由于对其表面硬度、粗糙度、圆度、喷焊层与基体结合强度等方面都有很高的技术要求,加之球芯自身的外型特点,使用普通设备对其加工非常困难,特别是磨削设备在国内几乎无厂家生产,大部分球阀企业均只能靠国外进口。为使球芯表面硬度、喷焊层与基体结合强度达到煤化工特殊工况要求,目前国际上比较成熟先进的工艺方法为:热喷焊工艺和超音速喷涂工艺。       

    热喷焊工艺(图1):喷焊是指在热喷焊过程中对基体和合金同时加热至工艺规定温度,使合金在基体表面熔化,形成熔层的方法。最终沉积物是致密的金属结晶组织并与基体形成的冶金结合层,其结合层抗冲击性能较好、耐磨、耐腐蚀,但工件变形量较大。喷焊工艺已广泛使用在石油、化工等行业。

    图1

                                                                       

    超音速喷涂工艺(图2): 超音速喷涂技术是目前国际最先进的喷涂术,它是利用电能或燃烧能为源,将需要喷涂的材料加热到熔化或者半熔化状态,然后高速喷射到经过处理的基体表面形成具有一定特性的涂层技术。其具有较高的结合强度、硬度、及耐高温性能。

    图2 

    球芯磨削工艺(图3):为保证球阀的高密封性能,对球芯的圆度、表面粗糙度都有非常高的技术要求,所以必须对球芯表面进行粗磨,然后再采用镶有金刚石砂条的磨盘进行精磨,以确保零件的尺寸精度。

    图3

    4.1.2  球芯、阀座配研工艺(图4)

    由于球阀的密封是靠阀座和球芯共同作用而实现的,所以必须把阀座密封面与球面进行单独配研,以此来保证阀门密封副的吻合度,达到阀门要求的密封等级。

    图4

    4.2  阀门结构

    煤化工中常用的硬密封球阀按结构形式分为:两片式、三片式、上装式球阀、V型球阀、偏心球阀

    4.2.1 两片式球阀

    两片式球阀分为浮动球结构和固定球结构两种结构形式。浮动球阀结构(图5):该阀结构简单,且阀座球芯具有自动寻找中心的功能,弹簧加载提供预紧力更平稳,另外减少加工工序、提高装配效率,节约成本并能有效提高阀门泄漏等级和使用寿命。此类阀门多用在中低压力级、中小口径的水、水蒸汽及低压煤粉等介质管道上,起切断作用。

    图5

    固定球硬密封结构(图6):该阀均采用动态双向密封,即左右阀座背面均装有弹簧补偿,即便阀座磨损也可以进行双向补偿,双向密封。此结构所需驱动力矩小,耐高温、结构刚性好、密封性能可靠、内部密封结构采用模块化设计,可实现软硬密封阀座任意互换,增加了泄压、排污功能;此类阀门多用于高温和易燃易爆的加氢装置管道上。

    图6

    4.2.2 三片式球阀

    三片式球阀(图7) 由于主要针对高温、高压工况,所以其阀体、阀内件多采用锻件毛坯,为便于装配、维修,阀体采用三片式固定球结构。阀门的阀杆外增设填料函定位轴套,使介质的推力由填料函定位轴承承担,而阀杆只承受扭应力,从而减小了阀门扭矩。另外阀杆还设有防冲台阶,定位轴套可防止阀杆因介质压力过高而冲出。此类阀门多用于高压煤粉、气体传送及焦化、裂化反应装置的切断。

    图7

    4.2.3 上装式球阀

    上装式球阀(图8)其主要特点为球芯、阀杆和底轴采用整体式设计,即便在高压状态下也可保证球体中心位置不偏移,比阀芯与阀杆采用扁方连接稳定性更好; 双向动态密封结构设计,避免球芯与阀卡死; 球芯、阀体表面喷涂碳化钨,防磨损、防冲刷; 通过对整机的特殊设计,使阀门能够轻易的实现在线维修。此类阀门多用于中压力级别管道、扭矩较小的料斗及反应釜的灰渣泄流部位,用作锁渣阀、锁灰阀或锁斗阀等。

    图8

    4.2.4  偏心球阀

    偏心球阀(图9)球体采用具有径向偏心结构的铸造半球形式,可以有V形缺口,密封部位是环形的环球台面。整体式阀杆,与球体上部采用花键配合连接,具有受力均匀、对中性良好的优点。由于本阀可以耐高温、单面密封性能好、启闭灵活、密封副脱开后避免密封面之间的磨损、延长了使用寿命。多用在需要进行调节和关闭的灰渣或浆料介质管道上。

    图9

    4.2.5  V型球阀

    V型球阀(图10)其主要特点为球体与阀座密封采用弹簧支撑形式,弹簧弹性形变可使球体与阀座持续接触,即便磨损也可自动补偿。另外通过特殊设计可以有效避免执行机构限位失效时,阀门无法限位的问题。阀杆与球芯采用花键比普通键连接可靠性高、精度高、回差小、承载能力强,使用寿命长,并且拆卸、维修方便。此类阀门多用于对液体介质的调节和切断工况。

    图10

    5、结语

        由于硬密封球阀的材料成本高、技术含量高、工艺难度大、质量风险大、投资高、主体材料和密封材料的选用以及对球体圆度、光洁度、密封面吻合度和球轴同心度的要求都很高,因此阀门的价位为同内软密封球阀的6~10倍,进口的阀门又为国产的3~5倍。煤化工行业所采购的硬密封球阀大多应用在一些高温、高压且含有大量固体颗粒、纤维等恶劣工况中,阀门在正常使用一段时间后容易损坏,而国外产品的维修时间较长,不能满足国内企业的要求,这样为许多高端阀门国产化及以国代进,提供了良好的机会。为此国内很多企业对煤化工企业球阀做了大量的研制工作,并取得了很大成果,为煤化工行业的发展做出了较大贡献。
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