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气化炉氧气切断阀的选材及应用

气化炉氧气切断阀的选材及应用

氧气切断阀广泛应用于德士古、壳牌煤气化工艺、兖矿四喷嘴水煤浆气化炉工艺和各类空分装置,在氧气输送管路或氧气吹扫管路上起到快速切断或开启的作用。由于介质是氧气,其本身具有助燃性能,阀门一旦发生泄露,很容易引发燃烧,甚至爆炸。对氧气球阀的密封性能、开关时间、材料选择和使用寿命等性能要求非常严格。


在兖矿四喷嘴水煤浆气化炉的流程中,每条氧气管线上都有三个切断阀(两个切断阀,一个放空阀);阀门的尺寸同气化炉的吞吐量有关系。


正常运行过程中,气化炉内的温度为1200~1500℃,压力为4MPa。各氧气切断阀的压力如下所示:


氧气管线第一切断阀,氧气操作压力5.7MPa,最大压差7.5MPa。


氧气管线放空切断阀,氧气操作压力4.7~6.0MPa,最大压差7.5MPa。


氧气管线第二切断阀,氧气操作压力5.7~7.5MPa,最大压差13.4MPa。


所以在阀门的选型过程中,对靠近气化炉的第二切断阀质量要求高一些,一般的选型要求为CL900RJ。第一切断阀和氧气放空阀的要求为CL600RJ。


1 切断阀类型的选择


在德士古、壳牌、兖矿四喷嘴水煤浆气化炉工艺和各类空分装置,氧气切断阀大都会选择球阀。这与球阀的优势是分不开的。


球阀的优势有如下特点:最低的流阻;工作中不易被卡住;在较大的压力和温度范围内能实现完全封闭;可实现快速的启闭;在全开和全关时密封面与介质完全隔离,不会引起侵蚀;启闭时能承受高压差;这些优点是其他阀门所不具备的。


所以处于安全和性能的考虑,球阀广泛的应用于氧气的介质中。


2 阀体和阀内件的选择


阀门在制作中,有铸造和锻造之分。氧气切断阀的介质由于是氧气,在选材方面一定要慎重,所以建议选用原装进口阀门锻造全新产品。阀体材质为Inconel625或相等材质,在硬化处理方式上流道要进行抛光处理。


氧气切断阀需要经过严格的脱脂处理,脱脂检验报告随阀门的供货技术文件提供。要严格按照技术文件中描述阀门出厂的包装措施,避免在运输过程中的二次污染。在阀体上明显位置设置永久不锈钢“禁油”标识牌。


3 阀座的选择


阀座的材质为Inconel625或相等材质,在硬度及硬化处理方式上要Arguloy等离子熔焊或相同的硬化处理,硬度最低HRC63。


4 阀球的选择


阀球的材质为Inconel625或相等材质,在硬度及硬化处理方式上要Arguloy等离子熔焊硬化处理,硬度最低HRC67。


5 阀杆的选择


阀杆的材质为Inconel718或相等材质,不用在硬度及硬化处理方式上进行特殊处理。


6 密封填料的选择


密封填料一定要德国氧气协会BAM认证的抗氧化Graphite填料


7 气动快排阀的选择


为了满足氧气切断阀正常使用工况下的开关速度,允许在气路管线上增加气动快排阀,品牌推荐为SMC或NORGREN等品牌产品。气动快排阀空气排放口带消音器。


8 执行机构的选择


从类型上分可分为气动,液动和电动。从内部构造上可分为单作用执行机构和双作用执行机构;单作用执行机构即为单汽缸的,既是弹簧复位的。它分为气开式和气关式。


双作用执行机构是双气缸,里面没有弹簧;在开关过程中,一个进气,另一个排气,从而实现阀门的开关。


处于性能和安全方面的考虑,氧气切断阀一般都选择双作用气动执行机构;双作用执行机构动作快,安全性高,可以在短时间内关闭阀门。品牌限定为BIFFI、NELES或BETTIS等欧美知名品牌。


工厂可以提供的仪表气源压力范围为0.45~0.60MPa(G),仪表气源正常压力为0.6MPa(G),应根据阀门的扭矩合理选择执行机构,要求阀门在气源压力位0.6MPa(G)的状况下打开时能满足时间要求;在气源压力降至0.4MPa(G)时,阀门不会因为弹簧的推力而自行关闭。


氧气切断阀的设计超压范围应大于其最大操作压力的150%。阀门的执行机构使用在高压差或关闭时单向压差等于最大工作压力的120%时,阀门仍能保持稳定的关闭,并能够迅速地开启。


执行机构采用底漆加面漆;不锈钢不做涂漆处理,但应喷砂清理表面。


9 阀位开关及阀位变送器的选择


阀位开关及阀位变送器的品牌限定为WESTLOCK或TOPWORX,接线端满足ExdⅡCT4防爆等级的要求。


10 电磁阀的分类和选择


电磁阀分为直动式电磁阀、分步直动式电磁阀和间接先导式电磁阀。


1)直动式电磁阀


有常闭型和常开型二种。常闭型断电时呈关闭状态,当线圈通电时产生电磁力,使动铁芯克服弹簧力同静铁芯吸合直接开启阀,介质呈通路;当线圈断电时电磁力消失,动铁芯在弹簧力的作用下复位,直接关闭阀口,介质不通。结构简单,动作可靠,在零压差和微真空下正常工作。常开型正好相反。如小于φ6流量通径的电磁阀。


2)分步直动式电磁阀


该阀采用一次开阀和二次开阀连在一体,主阀和导阀分步使电磁力和压差直接开启主阀口。当线圈通电时,产生电磁力使动铁芯和静铁芯吸合,导阀口开启而导阀口设在主阀口上,且动铁芯与主阀芯连在一起,此时主阀上腔的压力通过导阀口卸荷,在压力差和电磁力的同时作用下使主阀芯向上运动,开启主阀介质流通。当线圈断电时电磁力消失,此时动铁芯在自重和弹簧力的作用下关闭导阀孔,此时介质在平衡孔中进入主阀芯上腔,使上腔压力升高,此时在弹簧复位和压力的作用下关闭主阀,介质断流。结构合理,动作可靠,在零压差时工作也可靠。如:ZQDF,ZS,2W等。


3)间接先导式电磁阀


该系列电磁阀由先导阀和主阀芯联系着形成通道组合而成;常闭型在未通电时,呈关闭状态。当线圈通电时,产生的磁力使动铁芯和静铁芯吸合,导阀口打开,介质流向出口,此时主阀芯上腔压力减少,低于进口侧的压力,形成压差克服弹簧阻力而随之向上运动,达到开启主阀口的目的,介质流通。当线圈断电时,磁力消失,动铁芯在弹簧力作用下复位关闭先导口,此时介质从平衡孔流入,主阀芯上腔压力增大,并在弹簧力的作用下向下运动,关闭主阀口。常开式原理正好相反。如:SLA,DF(φ15以上口径),ZCZ等。


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电磁阀阀体和线圈的材质处于安全考虑,建议用不锈钢。根据需要配置24VDC电磁阀,一是出于低功耗的要求;二是为了安全。


品牌可选择ASCO或NORGREN等欧美知名品牌,并配置两台电磁阀的阀门,两台电磁阀之间为并联配置,这种冗余配置,增加氧气切断阀的安全性,防止其中一个出现问题后导致系统跳车。接线端满足ExdⅡCT4防爆等级,电磁阀排气口带消音器。


11 气路及其连接管件的选择


管件的材质为304不锈钢或更高质量的材质。阀位开关、电磁阀配套提供防爆接线盒,满足ExdⅡCT4


防爆等级在气化炉氧气管道上,切忌使用手动切断阀;由于介质是氧气,手动开关过快或者管道吹扫不干净,如里面有其他杂质,在高压氧气流通的过程中,可能会因打开切断阀而造成强高压,从而推动里面的金属杂质碰撞管道内壁,进而产生火花,引发管道爆炸,造成人员的伤亡,这是有血的教训的。



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