脈沖清潔閥又叫反吹角閥

脈沖清潔閥是Shell粉煤氣化裝置中陶瓷高溫高壓飛灰過濾器濾芯在線反吹清潔系統的重要裝置,用于控制飛灰過濾器濾芯反吹清潔后的壓降低于最大值4kPa(正常為2kPa),防止過濾元件的損壞失效,保證煤氣化工藝系統正常工作。該閥門開關頻繁,與高溫高壓粗合成氣直接接觸,并要求在高壓差條件下產生脈沖氣流。因此,對噴射脈沖清潔閥的結構設計、制造工藝和材料選擇均提出了很高的要求。

介質：混合氣CO 62～66%, H2 19～25%, H2O≥15%等；

進口壓力：6.2 MPa～8.1 MPa；出口壓力：3MPa～4MPa；

進口介質溫度：170℃～230℃；出口介質溫度：340℃～400℃；

響應時間：＜0.25s；開閥時間：＜0.1s；反吹時間：＜0.1s；關閥時間＜0.1s；

連續使用壽命：＞十萬次；

用途：用于煤氣化工廠的反吹系統。

使用工況及特點：

反吹清潔系統主要由飛灰過濾器頂部的反吹清潔氣槽、過濾器濾芯組的清洗管線、文丘里管和反吹清潔氣槽伴熱設施等組成。該系統由一個高精度控制器控制高精度的噴射脈沖清潔閥產生脈沖氣流,吹掉附著在過濾器上的固體雜質(濾餅),并通過自動控制系統實現閥門的循環動作。設計工況下閥門反吹周期為442s,惡劣工況下為172s。

(1)閥門反吹清潔用氣源為高壓氮氣或合成氣,壓力88MPa,溫度高于225 。為了滿足此工況,反吹清潔系統配備有輔助加熱系統,以防止清洗過濾器濾芯時設備內部局部溫度降至露點溫度以下,而產生露點腐蝕,濾餅受潮影響反吹的效果及過濾器濾芯的使用壽命。閥門反吹清潔氣體溫度必須高于225 ,才能清洗濾芯,否則,嚴禁反吹清潔過濾器濾芯。

(2)由于高溫高壓粗合成氣中夾帶著無數微小顆粒粉塵,它們不僅容易積沉,并粘附在關鍵部件表面,甚至會侵入閥門組件的內部,使閥桿與導向套、閥座與密封件等接觸表面摩擦加劇,閥門同軸度降低,閥座活動失效,促使閥門泄漏加劇而無法使用。

(3)粗合成氣中含有腐蝕性氣體,并和沒有完全揮發的水蒸汽在高溫下反應,產生酸性物質,容易腐蝕閥體及其內件,從而加速閥門損壞。

(4)閥門最大噴射脈沖時間300ms,嚴重情況下<250ms,脈沖壓差3~4MPa。使得閥門開關時間短,動作頻繁,對閥座、閥蓋和密封件的沖擊力較大,加劇了驅動執行機構內部密封件的磨損,以及閥門密封組件的疲勞損壞。

(5)脈沖清潔閥口徑一般為DN80以上。在高壓差脈沖氣流作用下,閥門密封面密封比壓較大。同時,如果閥門控制電磁閥響應時間過長,容易造成閥門打開或關閉遲緩,脈沖氣流量不足,影響濾餅的吹除效果。因而選用閥門控制電磁閥時,實際響應時間應較短。

結構設計

脈沖清潔閥主要由氣動執行機構、控制電磁閥、極限限位開關、波紋管組件、閥座組件、導向套和閥體等組成,采用角式端法蘭連接結構,該閥與其他角式脈沖閥相比,具有獨特的優點。

(1)整體采用全通徑、角式結構,有利于高壓脈沖氣流的產生。閥體及其內件均選用抗腐蝕性能好的材質,防止了粗合成氣的腐蝕。

(2)閥座密封填料選用耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和不易斷裂與變形的特種工程塑料,使閥門的密封性能得到改善,確保閥門能夠長期可靠的工作。

(3)采用小直徑、超長型金屬波紋管密封設計,一方面防止了進出口氣體的外泄漏,另一方面將大部分閥桿保護起來,杜絕了高壓粗合成氣的沖蝕和腐蝕,有效延長了閥桿的使用壽命。

(4)閥桿和驅動軸通過導向套和聯軸器支撐并連接,保證了閥門動作時的同軸性。導向套選用了耐高溫、耐高壓和耐磨性極好的特種材料,有效降低了閥桿支撐端的磨損。導向套采用防脫出結構,防止由于導向套脫出而造成偏磨。

(5)氣動執行器在現場提供的0.7~1 MPa氣源壓力,可以確保閥門在最大壓差下動作的1.5倍輸出力,使閥門在一般超壓的情況下仍能保持穩定的啟閉動作。由于與高精度的控制電磁閥配合使用,可以在200ms以內迅速完成閥門的打開和關閉 動作。響應時間短、動作迅速,滿足了shell粉煤氣化工藝系統對該閥門的工況要求。

(6)控制電磁閥和極限限位開關是免維護的循環控制執行裝置。當工藝系統發生意外(如停電或停氣等導致連鎖停車,對安全生產構成威脅)時,會使閥門自動處于關閉狀態,提高了系統的安全性。

制造工藝

工況條件要求閥體及其內件等材料應耐腐蝕和耐磨損,所以對閥蓋、閥座和閥桿等進行適當的硬化處理,以達到較高硬度和耐磨性。

(1)由于脈沖清潔閥要求在高壓差下確保嚴密密封,密封等級需達到API-#級要求,因而密封閥蓋應進行研磨以達到較高的平面度、密封面的高吻合度和提高生產效率。

(2)閥門開關頻繁,驅動軸、閥桿、閥蓋、閥座和密封填料受沖擊力較大。據用戶單位使用國外噴射脈沖清潔閥所得到的經驗,密封填料的抗沖擊強度不得低于418MPa,其余零件的熱處理硬度不得低于28HRC。

(3)閥桿與導向套的配合間隙不宜過小,也不 宜過大。由于材料在高溫下會發生熱脹現象,因此 過小會發生抱死,過大會造成閥桿與導向套偏磨,因此需要根據使用材料及使用單位的要求合理選擇閥桿與導向套的配合間隙。

(4)由于采用的金屬波紋管直徑較小,長度較長,所以在分析現有國內金屬波紋管生產工藝的基礎上,采用了三段式焊接結構,并對其剛度、撓度和抗扭性能均進行了校核,設計使用壽命在100000次以上。

(5)氣動執行器響應時間短,工作頻繁,其內部動態密封件提高了耐磨性,并增加了減磨與防塵工藝措施。