淺談滑板閥在水煤漿工況的運用案例

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一、水煤漿工況自控閥存在問題及原因分析

水煤漿氣化技術是世界上較為先進的氣流床煤氣化技術之一，是以水煤漿為原料，氧氣或空氣為氣化劑，在高溫高壓下制取合成氣的氣流床氣化工藝。水煤漿氣化技術具有工藝簡單、安全可靠、煤種適應性較廣、氣化效率高、氣體成分好、環(huán)境污染小和自動化程度高的特點，是目前國內(nèi)工業(yè)化程度較為成熟的煤氣化技術。在生產(chǎn)操作控制過程中，控制閥起著十分重要的作用，針對各種工況場合，如水煤漿和氧氣控制、氣化燃燒控制、爐渣排除等特殊工況，選擇合適，高質量、穩(wěn)定性好、長壽命的煤漿、氧氣和爐渣控制閥門一直是生產(chǎn)企業(yè)致力的方向。其中水煤漿控制閥易沖刷、卡阻和內(nèi)漏問題一直也沒有得到很好的解決，而不得不頻繁更換。

水煤漿是非牛頓流體，由于其特殊的物理特性，固體質量分數(shù)高達55％～65％，動力黏度在0.7～3.0Pa·s，流速只有不到1m/s，因煤質的不同，同時具有不同程度的腐蝕性。為了提高煤的轉化效率，煤顆粒度控制在300目以下，小于200目的總含量控制在75%以上。另外顆粒物中還含有SiO2、Al2O3等堅硬的顆粒物。鑒于水煤漿的物理特性，水煤漿工況下的自控閥易出現(xiàn)沖刷、卡阻和使用壽命短的緣由有：

1、水煤漿是液相和固體粉末二相的混合介質，在流過閥門節(jié)流孔時形很高的流速，由于煤漿有一定硬度，且存在高硬的SiO2、Al2O3等顆粒物，因此其沖蝕的破壞力很大。

2、水煤漿屬于高粘度非牛頓流體，粘度高達1000～1200毫帕秒，所以在閥內(nèi)死角或閥內(nèi)腔處淤積、堵塞閥腔；另外因，煤漿很細，能滲入閥芯導向間隙，可能導致閥芯卡死和拉傷。

3、煤漿有一定的附著粘結力，在閥芯閥座的密封面上形成積垢，影響閥門全關時的泄漏等級。

4、在介質沖刷條件下，不銹鋼材料表面的保護膜很難形成，且介質具有一定的腐蝕性，在介質沖刷和腐蝕雙重循環(huán)作用下，材料表現(xiàn)為更不耐磨，易沖刷，閥門表現(xiàn)為易內(nèi)漏，使用壽命短。

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二、水煤漿工況自控閥問題解決方法的探索和成功案例分享

針對煤漿工況閥門存在的問題，國內(nèi)的閥門生產(chǎn)企業(yè)一直都為尋求解決方法而努力。從最 初采用球閥結構到后來的偏心球閥、刀閘閥等結構，雖然能夠在一定程度上解決一些問題，也取得了一些業(yè)績，但是離工廠長周期穩(wěn)定運行還是有一定的差距。

1、球閥在水煤漿工況下運用的優(yōu)缺點

優(yōu)點是，閥門采用直通流道，當閥門開啟時，介質直接流過，介質流向與閥內(nèi)件表面平行，介質沖刷磨損小。缺點是，當閥門在啟閉過程中水煤漿容易進入球心與閥體之間的腔體形成沉積，造成閥門啟閉卡阻，即使在閥體上開設吹掃裝置也常常被抱死，而不動作。

2、偏心球閥在水煤漿工況下運用的優(yōu)缺點

與球閥相比，偏心球閥沒有密閉閥腔，閥內(nèi)腔直接與流道相連，消除了水煤漿沉積的死角，解決了閥門卡阻問題。但是也帶了了新的難題，因為偏心球閥的閥芯與閥座一直暴露在介質流中，且因閥芯的阻擋，介質流向偏向閥體，閥芯、閥體沖刷非常嚴重而等不到很好的解決。

3、刀閘閥在水煤漿工況下運用的優(yōu)缺點

刀閘閥結合了球閥和偏心球閥的優(yōu)點，一是采用直通流道，二是無閥腔設計，既解決了沖刷問題，也在一定程度上解決了卡阻問題。與前兩種閥門相比，在水煤漿工況運用更加廣泛。缺點是，容易出現(xiàn)內(nèi)漏和關閉不嚴。主要原因是水煤漿附著在刀閘閥的滑槽和閘板底部凹槽內(nèi)，造成閥門啟閉卡阻和關閉不到位。

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三、滑板閥在水煤漿工況成功運用的案例分享

如下圖所示，為重慶川武儀表有限公司與某企業(yè)為尋求解決煤漿閥存在的問題，而研發(fā)的一款新型閥門結構——滑板閥。

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此工況原采用刀閘閥，經(jīng)常出現(xiàn)啟閉卡阻，關閉不到位，內(nèi)漏等問題。自2021安裝滑板閥以來，閥門啟閉順暢，無卡阻，密封性能也滿足工藝要求。閥門參數(shù)人如下：

公稱口徑：DN400

公稱壓力：1.6MPa

工作介質：煤漿

工作壓差：0.4MPa

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三、滑板閥結構特點分享

1、直通流道設計，當閥門開啟時，介質直接流過，介質流向與流通節(jié)流孔表面平行，介質沖刷角度小，沖刷磨損小。如下圖所示。

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2、雙側護料板設計，形成擴大型的閥座，閥門啟閉過程中，將水煤漿限定在閥板的活動空間內(nèi)。當閥門再次開啟時，護料板內(nèi)的水煤漿被拉回介質流道。 如下圖所示

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3、強有力的剪切和自潔功能。閥板運動方向與介質流向垂直，閥板啟閉過程中一直與閥座緊密貼合，產(chǎn)生強有力的剪切力可直接將附著在閥板、閥座周圍的顆粒物剪斷或刮落，而不損傷閥門密封面。

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4、雙側預緊彈簧設計，一方面保證閥板與閥座持久嚴密貼合，閥門可保持持久密封性能；另一方面閥板具有足夠的浮動余量，閥門啟閉靈活。如下圖所示。

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5、密封面經(jīng)過嚴格的研磨、精磨、人工研磨、對研磨等多道加工工序，密封面可達鏡面級，表面平整度控制在0.2um以下。閥板在介質壓力和彈簧力的作用下持久與閥座嚴密貼合，保持閥門持久密封性能。?

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綜上所述，滑板閥繼承了球閥直通流道結構的優(yōu)點，同時增設護料板設計，消除了水煤漿在閥內(nèi)腔沉積的結構因素，解決了水煤漿沖刷和卡阻問題；與偏心球閥相比消除了介質偏沖的結構因素；與刀閘閥相比，滑板閥具有強有力的自潔和剪切功能，不擔心水煤漿在密封面上附著，解決了閥門持久密封問題。

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