1　概述 

煤氣化是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)，是生產(chǎn)甲醇、化肥及發(fā)展煤 基液體燃料合成、制氫等過程工業(yè)的基礎(chǔ)。近年來，德士古、殼牌煤 氣化在中國廣泛應(yīng)用，尤其是德士古水煤漿加壓氣化工藝（簡稱 TCGP），是美國德士古石油公司（TEXACO）在重油氣化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，后經(jīng)各國 生產(chǎn)廠家及研究單位逐步完善，于20世紀(jì)80年代投入工業(yè)化生產(chǎn)，成為具有代表性的第二代 煤氣化技術(shù)。 氣化單元屬于典型的化工反應(yīng)，主要原料為氧氣和水煤漿。主要設(shè)備是氣化爐，關(guān)鍵儀表的 選擇，直接決定氣化單元的正常生產(chǎn)和安全運(yùn)行。氣化單元中，所有進(jìn)口調(diào)節(jié)閥的投資占了 設(shè)備費(fèi)用的20%。氣化單元運(yùn)行得好壞，調(diào)節(jié)閥起到了關(guān)鍵的作用。

 2　工藝流程介紹 

煤、蒸汽在氣化爐內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，制取原料氣，原料氣經(jīng) 過激冷、洗滌除去炭黑后送往CO變換工序。氣化過程產(chǎn)生的炭黑水送往炭黑回收工序，灰水 大部分回收循環(huán)使用，少部分經(jīng)污水處理工序送往生化池處理后集中排放。

3　特殊閥門 

氣化單元的主要閥門有：氣化爐鎖渣閥和黑水閥，氧氣閥門，水煤漿切斷閥，黑水/灰水閥， 氣化爐燒嘴冷卻水切斷閥，鎖渣閥和沖洗水閥，氣化爐高壓氧氣管線切斷閥，合成氣切斷閥 等，下面對這些閥門逐一進(jìn)行說明。 

3.1　氣化爐鎖渣閥和沖水閥 氣化爐鎖渣閥和沖水閥。 

3.1.1　閥門概況 鎖渣閥和沖水閥是氣化裝置最重要的閥門。每臺氣化爐有3臺鎖渣閥：氣化爐下部渣口與鎖 渣罐相連的管道上有2臺（上面1臺常開，以備下面的鎖渣閥故障時使用）；鎖渣罐排放口1 臺。每臺氣化爐側(cè)面各有1臺沖水閥。 鎖渣閥和沖水閥參與排渣程序控制，須經(jīng)受高溫、高壓和灰渣的直接磨蝕，開關(guān)次數(shù)頻繁， 要求在高壓差情況下，雙向嚴(yán)密密封，對閥門結(jié)構(gòu)和材質(zhì)要求很高。為節(jié)省能量，還設(shè)置黑 水循環(huán)系統(tǒng)，其工藝條件和鎖渣閥基本類似。但是由于開關(guān)次數(shù)少和差壓變化小，在硬化處 理上的要求不如鎖渣閥嚴(yán)格。 

3.1.2　工藝介質(zhì)條件 煤氣化后排放煤渣時，閥門所通過流體內(nèi)含有一定渣量的熱水，固體含量大約為20%。渣水 混合物中渣的粒度和分布：粒度3～5cm的渣體占渣水體積的1%，粒度1～2cm的渣體占渣水體積的5%。粒度1cm的渣體占渣水體積的10%，粒度0.5～0.9cm的渣體占渣水體積的 20%，粒度小于0.5cm的渣體占渣水體積的64%，最大極限粒度50mm。 

3.1.3　鎖渣閥和沖水閥技術(shù)要求 鎖渣閥和沖水閥為雙向旋轉(zhuǎn)全截面開關(guān)球閥，軸球一體，球芯與球桿一體化結(jié)構(gòu)。 氣化爐渣收集在充水的鎖渣罐中，通過順序控制定期隔離和排空，控制閥按一定的頻率全開 和全關(guān)，過程具有化學(xué)，機(jī)械等強(qiáng)腐蝕和磨蝕。 鎖渣罐入口閥常開，出口閥和沖洗水入口閥常閉，鎖渣罐入口和出口閥的取向是垂直方向， 沖水閥為水平取向。 閥門應(yīng)提供能順利排渣的設(shè)計，最小105次循環(huán)操作。閥門要求正向和反向雙向密封，在下 游壓力為大氣壓下的最大差壓。在排渣程序中，上鎖渣閥應(yīng)能耐受閥后壓力變化的沖擊。 閥門為高溫鎖渣閥結(jié)構(gòu)，閥體和內(nèi)件體的金屬和保護(hù)涂層應(yīng)考慮在沖擊、腐蝕和磨蝕下有最 好的可用性。對鑄造、鍛造和加工的閥體，在操作狀態(tài)下，碳鋼閥體和閥蓋的整個金屬層留 有一定的腐蝕裕度。 鎖渣閥球體為耐高溫和熱沖擊設(shè)計，高壓球基采用不銹鋼316L。球體表面堆焊 NICKELBORON（>1mm），或高溫等離子噴涂硬化處理，表面處理層應(yīng)附著牢固，使用 過程中不能脫落。球體通道亦為高溫鎖渣結(jié)構(gòu)，閥體流道堆焊不銹鋼層。閥球唇口處必須堆 焊硬質(zhì)合金。閥門內(nèi)部流路設(shè)計要適合于磨蝕狀態(tài)。 閥座為抗固體顆粒設(shè)計，閥座基材采用316L。表面處理層應(yīng)附著牢固，不能脫落，具有防渣 堵塞彈簧結(jié)構(gòu)，不宜采用多圈彈簧的結(jié)構(gòu)形式。密封彈簧不易被灰渣堵塞，并易于清洗，而 且密封彈簧和閥門轉(zhuǎn)軸/軸承區(qū)里應(yīng)避免有顆粒物堵塞，需要考慮波紋管密封甚至更好的密封 方法，不接受使用沖水結(jié)構(gòu)。 球閥必須有閥腔自動卸壓功能，當(dāng)閥門關(guān)閉后，閥腔內(nèi)壓力高于關(guān)閉壓力時，能自動卸壓至 壓力低的一側(cè)。要求考慮閥桿設(shè)計強(qiáng)度：當(dāng)球體被某種原因卡死時，氣源壓力升至0.7MPa （G），閥桿不會被扭斷或變形。閥門填料應(yīng)為適合于規(guī)定的最大壓力和溫度，填料盒應(yīng)有 一個外部可調(diào)裝置，以便在運(yùn)行期間可以調(diào)整。閥鑄件必須經(jīng)過固溶及消除應(yīng)力的處理，螺 栓、螺母必須是鍛件，材料 不低于316L材質(zhì)。

3.2　氧氣調(diào)節(jié)閥和切斷閥 

3.2.1　氧氣閥門的分布 煤氣化裝置氧氣管線閥門包括氧氣總管流量調(diào)節(jié)閥，至每臺氣化爐氧氣支管流量調(diào)節(jié)閥、支 管氧氣聯(lián)鎖雙重切斷閥、支管氧氣放空閥和氧氣放空管線調(diào)節(jié)閥，這些閥門直接安裝在氧氣 管線上。另外，高壓氮?dú)獯祾唛y、高壓氮?dú)饩彌_閥、中心管道氮吹閥和氧氣管道相連。還有 水煤漿管道和氧氣管道上的氮?dú)獯祾唛y。 氧氣切斷閥及相關(guān)高壓氮切斷閥受氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制，在開車時，通過開車程序打 開或關(guān)閉相關(guān)切斷閥。停車或故障時，自動切斷進(jìn)氣化爐氧氣管線，并放空，然后用高壓氮 氣吹掃和保護(hù)氧氣管線。氧氣管線閥門布置如圖4所示。 圖4　氧氣管線閥門布置 

3.2.2　氧氣管線調(diào)節(jié)閥和切斷閥技術(shù)要求 軟密封氧氣閥門要符合防火標(biāo)準(zhǔn)API 2607最新版本的要求；氧氣閥門要求采用整體法蘭， 所有閥門具RJ密封面法蘭；運(yùn)輸和安裝時閥門作禁油處理，并在閥門明顯處用藍(lán)色標(biāo)記標(biāo) 明：禁油；所有的球閥必須是全通徑、雙向金屬密封，為了減少安全隱患，氧氣流速控制在 較低的值，而且流向不能經(jīng)常急速變化。氧氣流速限制應(yīng)參照壓縮氣體協(xié)會手冊（CGA） G24.4（最新版），GEMS 211D6和IGC Doc13/02/E氧氣管道系統(tǒng)的規(guī)定；所有與氧氣 接觸的部件包括氧氣閥門閥體至少采用316L材質(zhì)，閥桿、閥芯及閥座材質(zhì)應(yīng)為 INCONELL。具體規(guī)定不應(yīng)低于工藝包要求；所有閥門必須滿足TA2LUFT的外泄漏標(biāo)準(zhǔn)。 

3.3　合成氣出口切斷閥和調(diào)節(jié)閥 采用三偏心金屬密封調(diào)節(jié)蝶閥控制洗滌塔去變換單元的合成氣流量，這些閥門關(guān)系到氣化裝 置工藝氣正常輸送以及變換單元的正常生產(chǎn)；氣化裝置洗滌塔頂部合成氣去火炬系統(tǒng)，采用 三偏心金屬密封切斷蝶閥，這些閥門關(guān)系到氣化裝置開停車以及裝置正常運(yùn)行時系統(tǒng)壓力的 穩(wěn)定。水洗塔出口合成氣有2個分支，一個分支是在開停車時，合成氣放空到火炬，以及系統(tǒng)正常運(yùn)行時，保證壓力穩(wěn)定，在此分支設(shè)計1臺三偏心切斷蝶閥；另一個分支是開車后將合成氣 送到下游的變換裝置，在此分支中，設(shè)計1臺三偏心調(diào)節(jié)閥（帶切斷功能），以調(diào)節(jié)合成氣 壓力，并根據(jù)需要切斷下游系統(tǒng)。它是手動閥，但受聯(lián)鎖系統(tǒng)控制，作隔離切斷用。 合成氣中含有分散的固體顆粒。閥門內(nèi)件應(yīng)按照固體顆粒小于6mm設(shè)計并選擇，內(nèi)件上的 孔最小為6mm，以防止分散的固體顆粒堵塞閥門入口通道。另外，合成氣中含有濕的 H2S，閥門、內(nèi)件和所有與物料接觸的部分應(yīng)遵照NACEMR0175選用。 閥門型式為三偏心高壓金屬密封蝶閥，閥體材料316L；閥門采用整體法蘭，以方便拆除和維 修；閥門泄漏量級別相應(yīng)于美國ANSI B16.104的Class Ⅴ級，不能低于Ⅳ級，僅在正向滿 足密封要求；閥門閥芯閥座材質(zhì)應(yīng)為316SS噴涂足夠厚度的鍍層（斯泰來，Ni2Bo等），并 保證鍍層不會脫落；閥門所有流道包括閥門唇口應(yīng)做噴涂硬化處理，并保證鍍層不會脫落； 閥門設(shè)計的超壓范圍大于其最大工作壓力的150%；調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比一般不小于50∶1。

3.4　合成氣壓力調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)格 在開車和停車（故障緊急停車或計劃停車）時，氣化爐壓力由調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥位于 水洗塔頂合成氣出口去放空火炬的管線上。水洗塔關(guān)鍵閥門的操作壓力和溫度高， 排放氣體中含有較多炭或灰渣顆粒，開車時通過它調(diào)節(jié)氣化爐壓力，在達(dá)到全負(fù)荷時通過調(diào) 節(jié)閥的氣體流速很高，高速氣流的氣蝕和灰渣顆粒的磨蝕很厲害，操作正常后向變換工段送 氣時，閥門由幾乎全開到慢慢關(guān) 閉，兩端壓差逐漸加大，全關(guān)時達(dá)到最高壓差，即洗滌塔操作壓力，此時要求不能泄漏，所 以閥門有較嚴(yán)格的技術(shù)要求。 壓力調(diào)節(jié)閥的技術(shù)要求如下：洗滌塔壓力調(diào)節(jié)是根據(jù)設(shè)計條件中規(guī)定的流速決定流通能力 的。一般來說，要求的最大流通能力應(yīng)該能夠滿足排放整個裝置所產(chǎn)合成氣量的50%。關(guān)于 閥門的最小流通能力，是根據(jù)工藝包中規(guī)定的正常操作/設(shè)計條件的50%，作為合成氣閥門 開啟的最小流量。啟動后，整個系統(tǒng)的壓力立即升高，是因為合成氣在通過95%～100%全 開的閥時，遇到了阻礙。此壓力是穩(wěn)定洗滌塔壓力，通常是0.7～1.4MPa。 當(dāng)氣化爐停車時，無論是自動還是手動，壓力閥門應(yīng)該通過壓力調(diào)節(jié)器關(guān)閉。然后操作者會 緩慢對氣化爐降壓，因此要求壓力閥再打開，以平衡不同的差壓。 當(dāng)下游裝置準(zhǔn)備接收合成氣時，壓力調(diào)節(jié)閥應(yīng)該克服差壓，緩慢關(guān)閉。洗滌塔壓力切斷閥也 同時關(guān)閉。 該閥門要求具有減噪的閥芯。開孔不應(yīng)小于6mm，以避免在閥剛剛開啟時，造成堵塞。閥 門應(yīng)具有一體的法蘭，便于移動和維修。 管道的敷設(shè)和閥門的安裝，應(yīng)該考慮到防止洗滌塔合成氣的蒸汽冷凝。如果出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象會 使控制閥被灰粉堵塞。該閥選用硬密封凸輪撓曲閥，或抗沖刷的單座套筒低噪音閥，氣化爐 壓力調(diào)節(jié)閥閥芯閥座材質(zhì)應(yīng)為硬化處理不銹鋼，閥門泄漏量級別不低于相應(yīng)于美國ANSI B16.104的Class Ⅳ級。調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照工藝包計算，應(yīng)采用氣缸活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 該閥雖然屬于調(diào)節(jié)閥，在后續(xù)開車階段，由開到關(guān)，穩(wěn)定后，基本上處于全關(guān)狀態(tài)。用一般 調(diào)節(jié)閥的正常和最大開度概念，無法選擇。于是，在和管道保持一致口徑的基礎(chǔ)上，選擇了 最大開度CV值的調(diào)節(jié)閥門。 

3.5　黑水調(diào)節(jié)閥 氣化裝置中，氣化爐底到氣化高溫?zé)崴髟O(shè)置1臺黑水液位調(diào)節(jié)閥，洗滌塔底部到高溫?zé)崴?器設(shè)置2臺黑水調(diào)節(jié)閥，黑水調(diào)節(jié)閥門布置如圖6所示。 這些調(diào)節(jié)閥工作溫度較高，壓降大，灰渣含量也最高，應(yīng)能夠耐受通過閥門壓力降引起的高 流速，還要耐受閃蒸溶解氣的氣蝕、水的汽化和煤灰顆粒引起的腐蝕及磨蝕。尤其是在第一 級閃蒸，黑水從高壓經(jīng)過閃蒸閥直接降到中低壓，由于閃蒸出大量工藝蒸汽，物料流過閃蒸 閥節(jié)流元件的速度非常高，導(dǎo)致磨損會比較嚴(yán)重。過去的做法是將第一級閃蒸閥分解為兩個 串連的減壓調(diào)節(jié)閥，這樣把每一臺閥的前后壓差降低50%，經(jīng)過每臺閥閃蒸出來的工藝蒸汽 量相應(yīng)減小，閃蒸閥磨損的情況得到較大改觀。黑水調(diào)節(jié)閥推薦為角閥，閥芯閥座材質(zhì)要求 用硬質(zhì)合金（WC）堆焊或更好的金屬硬化工藝，為防止閃蒸對閥門造成的破壞，出口配套 錐形管。 圖6　黑水調(diào)節(jié)閥布置 氣化裝置閥門選擇是石油化工裝置安全生產(chǎn)、降低惡性事故的保障，是一個熱門研究課題。 通常在裝置中，設(shè)計的閥門應(yīng)該滿足工藝過程的操作需求，這是控制方案得以成立的必須條 件。 

4　結(jié)束語

要實(shí)現(xiàn)水煤漿氣化生產(chǎn)裝置過程自動化，在設(shè)計過程中，不僅要考慮合理的控制方案，也要 選擇正確的執(zhí)行方法。根據(jù)工況條件及工藝數(shù)據(jù)，正確地選擇現(xiàn)場儀表，要做到這一點(diǎn)，不 僅要遵循各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等指導(dǎo)性文件，還要參考類似裝置中的選型狀況，項目具體的經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行狀況，以往裝置中的使用經(jīng)驗。作為控制系統(tǒng)，現(xiàn)場儀表是不可分割的一部分。經(jīng)過實(shí) 踐證明，這些閥門能夠滿足極高的循環(huán)頻率、次數(shù)，符合嚴(yán)格的金屬密封等級要求，能夠克 服大量顆粒介質(zhì)造成極度磨損，而且還能克服高壓差，嚴(yán)重沖刷，防止排渣過程溫差變化大 閥門抱死。為氣化裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)操作提供了保障。