煤化工装置黑水角阀磨损原因分析及处理措施

煤化工阀门磨损机理分析及维修方法摘要：随着能源、环境和效益等需求的不断提高，煤化工技术也在不断更新，近年来国内外煤气化技术得到不断推广，像壳牌、U-GAS技术、单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术、两段式加压气化技术、GE、SE、四喷嘴、多喷嘴等技术在国内的新起，对阀门使用提出了相当高的要求。

到目前为止气化专用阀在我们国内应用较多的是Argus阿克斯（德国）、burgmann博格曼（德国）、SHK上海开维喜（中国）、HS上海宏盛这四家的产品。

本文主要是对气化炉运行过程中阀门磨损进行研究。

关键词：球阀磨损修复一、引言兖州煤业榆林能化有限公司气化车间黑水、灰水工艺介质温度：100℃-240℃，固体含量：10～15% WT，阀门作用：介质隔离。

阀门因为各种条件的影响，在使用中多会出现泄漏、卡死及冲刷等现象，其中冲刷现象尤其严重。

调节角阀、煤浆切断球阀、锁渣阀、锁斗阀等关键性阀门选用国产化的同时。

维修成本也成为考虑的关键因素。

对此，该公司及阀门维修业务承接单位对阀门磨损问题进行了大量的探讨，现在就将部分阀门处理的举例说明。

二、阀门维修方案（一）调节角阀维修方案1、主阀体：主阀体经过除垢、清洗后发现阀体的通道有两处很深的冲蚀缺口。

维修方案：对缺口部位进行焊补，加工修复到测绘尺寸后通道喷涂WC。

2、副阀体：副阀体经过除垢、清洗后发现副阀体表面涂层剥落、生锈；流通冲蚀严重，多处冲刷较深沟槽。

维修方案：对阀体表面重新处理，对缺陷部位进行局部焊补，加工修复到测绘尺寸后通道喷涂WC。

3、球体：球体经过除垢、清洗后发现球体表面冲蚀特别严重，沟壑多处，无法修复。

维修方案：球体损坏严重，更换新球体。

4、阀杆：阀杆冲刷磨损拉伤严重，修复至原样有较大困难；维修方案：为保证阀门使用性能，更换新阀杆。

5、阀座：阀座经过除垢、清洗后发现阀座密封面有拉伤和冲蚀缺口，无法修复至原有形状尺寸；维修方案：为保证阀门密封的可靠性，补焊后重新车洗或更换新阀座。

煤气化装置中黑水角阀内部流场优化研究王永洲;陈畅;李作为【摘要】为解决煤气化装置中黑水角阀阀体损坏严重的问题,建立3种具有不同流动曲面的黑水角阀几何模型,采用CFD软件Fluent中k-ε模型,对黑水角阀内部流场进行了仿真计算和分析.结果表明,通过改变阀体入口和出口的曲率半径,在黑水角阀内部流场的不同位置产生涡流,可改变流体的流动方向,从而影响闪蒸和气蚀的发生位置,避免在阀体处发生气蚀,减轻对阀体的损坏.【期刊名称】《煤化工》【年(卷),期】2015(043)002【总页数】4页(P24-26,38)【关键词】煤气化;黑水角阀;内部流场;曲率半径;CFD;模拟;优化【作者】王永洲;陈畅;李作为【作者单位】兖州煤业榆林能化有限公司甲醇厂,陕西榆林719000;北京航天石化技术装备工程公司,北京100076;北京航天石化技术装备工程公司,北京100076【正文语种】中文【中图分类】TQ055黑水角阀是德士古煤气化装置上的关键阀门，用于控制气化炉、洗涤塔和闪蒸罐出口处黑水的流量、压力，其工况具有高压差、强冲刷、强腐蚀、介质中含有固体颗粒的特点。

在煤气化工段中，介质主要为高温的黑水、渣水或灰水，最高温度可达240℃左右，最大压差可达7.5 MPa，使用工况非常苛刻[1-2]。

黑水、渣水及灰水中含有氯离子、氨、钾盐、硫化氢或磷酸等强腐蚀介质，并含有固体颗粒，因此流体在阀门中的流场分布以及流速的分布对黑水角阀阀体及阀芯阀座等节流零部件的使用寿命会产生较大的影响[3-4]。

具有不同结构的国内外黑水角阀，会使流体在阀体内的流向发生90°变化，其流路简单，阻力小，渗漏少，适用于高压差、高黏度、含有悬浮物和颗粒状物质流体的调节，可以避免结焦、堵塞，也便于自清洗。

通过了解黑水角阀某现场使用情况，发现具有不同流动曲面的阀体使用寿命相差较大。

为了研究不同流动曲面曲率对黑水角阀内部流场的影响，优化黑水角阀内部流场，北京航天石化技术装备工程公司调节阀组选用相同阀体口径、相同内件结构和尺寸，相同阀门开度，不同流动曲面的阀体结构的黑水角阀，利用三维造型软件Solidworks2012，对黑水角阀建立了流道模型，用Gambit软件进行网格处理，用CFD数值模拟软件Fluent进行三维流场模拟[5]，对具有3种不同流动曲面的黑水角阀模拟结果进行对比分析，为进一步优化设计，提供理论依据。

角阀简介、常见故障及处理方法摘要：本文简要介绍了尿素装置中角阀的结构、材料、密封等内容，同时对常见故障进行了简要的分析，探讨了常见故障的处理方法，供相关工程技术人员和检修人员参考。

关键词：角阀故障处理方法1 概述阀门广泛应用于国民经济各个生产部门的各种管路系统中，用于控制流体的压力、流量和流向等作用。

阀门按结构和用途可以分为截止阀、闸阀、球阀、蝶阀、旋塞阀和安全阀等。

本文所说的角阀是角式截止阀的简称，它属于截止阀中的一种。

角阀广泛用于化肥工业的尿素生产系统和制冷系统中，以我公司为例，在尿素装置中用的角阀共有DN15~DN150等6种规格，约计50余只，它们都是用在中温、高压、强腐蚀的环境中，对尿素生产系统起着非常重要的作用。

2 角阀的结构特点角阀的介质进出口通道不在同一方向而成90度角（如图1所示），介质流经角阀时改变了流动方向，产生了一定的压力降，其最大的优点是可以将角阀安装在管道的拐角处，既节约了90度弯头，又便于操作，介质流向与阀杆在同一轴线上，因而易于密封。

图 1 图 22．1 连接方式常见角阀的结构见图1所示，其各个部件的名称见表1。

角阀的连接方式焊接和法兰连接两种，螺纹连接的角阀不常见。

2．2 材料尿素系统中所用的角阀都是安装在尿素管道、液氨和CO2管道上，温度在120~180℃之间，压力在14.0~16.8Mpa之间，角阀承受着中温、高压和强腐蚀介质的共同作用。

用在液氨及CO2管道上的角阀材料通常用碳素钢（例如：WCB、WCA、WCC、A105及16Mn等）来制造，用在含有尿素介质的管道上的角阀材料比较特殊，通常用尿素级316L或316L改良型材料316LMOD来制造，这类材料制造的角阀价格都比较昂贵。

表1 角阀主要零部件名称表2 阀门压力损失系数2．3 垫片密封角阀的密封垫片通常有金属平垫、压缩石棉垫片、金属缠绕垫片、透镜垫及聚四氟乙烯垫等几种。

金属平垫和透镜垫都是以金属的弹性及塑性变形来补偿法兰密封面的不平度，要求施予螺栓较大的紧固力，且垫片材料的屈服强度必须大大低于法兰密封面材料的屈服强度，密封垫材料通常有08钢、0Cr18Ni9、316L等几种。

煤气化黑水角阀损坏原因与优化方案邹殿超【摘要】针对高寒条件下,某煤制化肥项目选用的高压黑水角阀在实际的生产使用中出现的冲刷、闪蒸、气蚀和阀门卡涩、运行稳定性差等现象,从高压黑水角阀的结构设计,阀芯、阀座、阀体及扩散段的材料选择等多方面提出阀门使用中的防护、阀门的线下优化等方案.实际应用表明:优化后,提高了高压黑水角阀的运行周期,保证了气化炉安全运行的稳定性.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2018(054)006【总页数】4页(P82-85)【关键词】GE气化炉;煤气化;黑水角阀;阀门优化【作者】邹殿超【作者单位】中海石油华鹤煤化有限公司,黑龙江鹤岗154100【正文语种】中文【中图分类】TH138中海石油华鹤煤化有限公司煤制化肥项目是坐落于东北黑龙江鹤岗极寒地区条件下的第1套煤气化装置，该煤气化装置设有3台气化炉，为“2开1备”，采用GE 水煤浆气化技术[1-2]，以水煤浆为原料，用空分装置供给的氧气作催化剂，在温度1 400 ℃，压力6.5 MPa左右的条件下，在气化炉内进行气化反应，生成以氢气和一氧化碳为主要成分的粗合成气，经冷却洗涤后的粗煤气送至合成氨装置。

气化炉和洗涤塔底部黑水通过角阀控制进入高压闪蒸罐。

1 黑水角阀工况概述黑水角阀是GE水煤浆煤气化装置中的关键阀门，主要安装在气化炉激冷室底部到高压闪蒸罐和洗涤塔底部到高压闪蒸罐的管道上，靠近高压闪蒸罐。

在该工况中，介质主要为高温黑水、灰水和渣水，黑水温度可达到240 ℃左右，最大压差可达到6.0 MPa，工况具有高压差、强冲刷、强腐蚀、介质为固液气三相流等特点。

阀门使用环境极为恶劣，黑水、灰水及渣水中含有氯离子、硫化氢或磷酸等强腐蚀介质，并含有大量固体颗粒。

控制阀在使用中不但要承受阀门压力降引起的高流速煤灰颗粒的冲刷，还要耐受闪蒸溶解的气蚀、黑水汽化引起的腐蚀。

尤其是在高压闪蒸过程中，黑水经过角阀后从高压直接降到低压，由于闪蒸出大量工艺气，黑水流过角阀节流元件阀芯的速度非常高，导致阀内件冲刷磨损严重。

阀门研磨缺陷分析报告
根据研磨缺陷的分析结果，在阀门研磨过程中发现以下问题：
1. 粗磨不均匀：部分区域的磨损比其他区域更严重，导致阀门表面出现不均匀的研磨痕迹。

这可能是由于操作不当或磨石磨损不均导致的。

2. 擦伤和划痕：在阀门研磨过程中，出现了一些擦伤和划痕，这可能是由于磨石与阀门表面接触不当或者磨石表面存在尖锐的边缘导致的。

3. 外观质量差：阀门研磨后的外观质量不佳，出现了明显的不均匀色差和光泽度差异。

这可能是由于操作者缺乏磨石和阀门表面接触时的正确角度及力度控制。

4. 没有达到预期的尺寸要求：阀门研磨后的尺寸未能达到预期要求，可能是由于磨削参数设置错误、磨石磨损过大或磨削过程中存在温度过高等原因引起的。

5. 内部表面未达到要求：阀门内部表面的研磨质量不佳，存在一些凹凸不平的问题。

这可能是由于磨石选择不当、研磨工艺控制不精准或者磨石与阀门内部接触不均匀引起的。

为了解决以上问题，我们建议采取以下措施：
1. 操作员需要接受更加专业的培训，确保掌握正确的操作技巧和流程，尤其关注磨石与阀门表面接触的角度和力度。

2. 定期检查磨石的磨损情况，确保其表面没有明显的尖锐边缘和磨损不均匀的问题，及时更换磨损较大的磨石。

3. 设计合理的磨削参数，包括磨石转速、进给速度和磨削深度等，以确保磨削过程中温度适中，避免过热引起研磨缺陷。

4. 加强研磨质量检查，包括外观质量、尺寸要求和内部表面质量等方面的检验，确保每一批阀门的研磨质量符合要求。

通过以上改进和措施的落实，我们相信能够有效解决阀门研磨过程中存在的缺陷问题，并提升研磨质量，确保阀门的性能和可靠性。

煤化工装置黑水角阀磨损原因分析及处理措施摘要：简要介绍GE水煤浆加压气化装置黑水闪蒸角阀频繁磨蚀冲透现象，分析角阀磨损原因，提出故障处理及预防措施。

关键词：气化黑水角阀筒体中石化齐鲁分公司水煤浆气化装置采用美国GE公司水煤浆气化技术，三台压力6.5MPa的气化炉，三套4级闪蒸系统，两开一备，日投煤量1700t，每小时产有效气（CO＋H2）100000m3，用于生产10万吨甲醇、33万吨丁辛醇以及每小时35000m氢气外供。

煤气化装置正常运行过程中，洗涤塔产生的黑水经高压闪蒸角阀后进入高压闪蒸罐，高压闪蒸角阀后设置筒体，用以减缓高压黑水对闪蒸罐的冲击，高压闪蒸压力设定0.8MPa，由于闪蒸角阀前后压差较大，且黑水中含有大量的固体颗粒，出闪蒸角阀约240℃的高温黑水瞬间发生汽化，闪蒸角阀筒体内介质流速瞬间增大，流速增大加剧了角阀筒体的磨损，严重时角阀筒体被黑水磨穿，角阀筒体磨穿后大量黑水外溢，外溢黑水不但影响系统的正常运行，还严重影响现场工作环境。

因此，本文主要对水煤浆气化装置黑水角阀磨损原因进行分析研究，通过采取措施，有效延长了黑水角阀使用寿命。

一、黑水闪蒸角阀工艺简述及运行参数1.工艺简述黑水闪蒸角阀是将气化炉及洗涤塔产生的黑水（固含量0.5％左右）经过减压后送入高压闪蒸罐，高压黑水中溶解有大量的酸性气体，当黑水经过高压闪蒸角阀后进入高压闪蒸罐，高压闪蒸罐压力设定0.8MPa，由于其阀后压力突然降低，各组分在气相中的分压迅速降低，在一定温度下，黑水大量汽化，溶解在水中的酸性气体逸出水面。

气液两相在分离器中分开，气相为顶部产物，其中易挥发组分较为富集；液相为底部产物，其中的难挥发组分获得增浓。

为了避免高压黑水对高压闪蒸罐的冲击，在黑水闪蒸角阀后设置角阀筒体，用以减缓高压黑水及闪蒸气对高压闪蒸罐的冲击。

2.黑水闪蒸角阀筒体运行参数二、黑水角阀及筒体磨损情况及采取措施1.黑水角阀阀座及阀芯磨损情况及采取措施自原始开车以来，由于气化炉及洗涤塔黑水中含有大量固体颗粒，系统运行过程中，含固黑水在高速流动过程中对黑水角阀阀座及阀芯形成冲刷磨损，高压闪蒸角阀筒体侧上部多次因冲刷发生泄漏，特别是2009年6、7月，严重时一月发生泄漏10次以上，严重制约着装置的稳定运行，气化炉系统检修时发现黑水闪蒸角阀阀座局部冲刷严重，阀芯表面硬质材料磨损严重。

阀门常见故障产生原因及故障的预防、排除方法常见故障阀体和阀盖泄漏产生原因铸钢件铸造质量不高，阀体和阀盖本体上有砂眼、松散组织，夹渣等缺陷。

天冷冻裂。

焊接不良，存在着夹渣、未焊透，应力裂纹等缺陷。

阀门被重物撞击后损坏预防排除方法提高铸造质量，安装前严格按规定进行强度试验。

对气温在℃和以下的阀门，应进行保温或者拌热，住手使用的阀门应及时排除积水。

避免零部件温度达到无塑性延展温度。

由焊接组成的阀体和阀盖的焊缝，应按有关焊接操作规程进行，焊后还应进行探伤和强度试验。

阀门上禁止堆放重物，不允许用手锤撞击阀门填料处泄漏所选用填料不对，不耐介质的按工况条件选用正确的填料材料和( 阀门的外漏，填料处所占比例最腐蚀，不耐阀门高压或者真空、高温或者低温的使用。

型式。

大)填料安装不对，存在着以小代大，接头不良、上紧下松等情况。

按有关规定正确安装填料，盘根应逐圈安放压紧，接头应成°或者度。

使用一定时间后，填料超过使用期限，已老化，丧失弹性。

阀杆精度不高，有弯曲、腐蚀、磨损等情况。

使用期过长、老化、损坏的填料应及时更换。

阀杆弯曲、磨损的应进行矫正、修复，对损坏严重的应予以更换。

填料圈数不足，压盖未压紧。

填料应按要求的圈数安装，压盖应对称均匀把紧，压盖应有以上的预紧间隙。

压盖、螺栓和其它部件损坏，使压盖无法正常压紧。

操作不当，用力过猛。

对损坏的压盖、螺栓及其它部件应及时修复或者更换。

除撞击式手轮外，均应以正常力量操作。

压盖歪斜，压盖与阀盖间隙过小或者过大，导致阀杆磨损，填料损坏。

应均匀对称拧紧压盖螺栓，压盖与阀杆间隙过小时，应适当增大此间隙；压盖与阀杆间隙过大时，应予以更换压盖。

垫片处泄漏垫片选用不对、不耐介质的腐蚀，不耐高压或者真空、高温或者低温的使用。

提供正确工况条件选择相应的垫片材料和型式。

操作不平稳，引起阀门压力、温度上下波动，特殊是温度的波动。

精心调节，平稳操作。

垫片的压紧力不够或者连接处不预紧间隙。

应均匀对称拧紧螺栓，必要时应使用力矩扳手，预紧力应符合要求，不应过大或者过小。

阀门的常见故障的原因和解决方法有哪些（1）闸板等关闭件损坏原因是材料选择不当或利用管道上的阀门经常当做调节阀用、高速流动的介质造成密封面的磨损。

此时应查明损坏的原因，改用其他材料的关闭件。

在输送高压水或水中杂质较多时，防止将闭·阀门当做调节阀门使用。

（2）密封室泄©其原因主要是盘根的选型或装填方式不正确、阀杆存在质量问题等。

首先应选用合适的盘根，并使用正确的方法在密封室内填装盘根。

在输送介质温度超过100℃时不采用油浸填料而采用耐热的石墨填料。

（3）关闭不严密阀门安装前û有遵守安装规程，比方û有清理阀体内腔的污垢，表面留有焊渣、铁锈、泥砂或其他机械杂质，引起密封面上有划痕、凹痕等缺陷引起阀门故障。

因此，必须严格遵守安装规程，确保安装质量。

阀门本身因为加工精度不够会使密封件与关闭件（阀板与阀座）配合不严密，此时必须修理或更换。

关闭阀门时用力过大，也会造成密封部件的损坏，操作时用力必须适当。

（4）打开后无法关闭闸板阀常出现此种情况，此类阀门构造是：闸板分为两片，对夹在阀杆头上，由阀杆带动阀板开、闭。

有的阀门两片阀板û有相互固定，若阀门开启过大，两片阀板可能张开，使阀杆脱出，造成无法关闭，出现这种情况，只能拆开阀门重新配合。

（5）安全阀或减压阀的弹簧损坏造成弹簧损坏的原因往往是弹簧材料选择的不合适，或弹簧制造质量有问题，应当更换弹簧材料，或更换质量优良的弹簧。

（6）阀杆升降不灵活螺纹表面粗糙度不合要求，需重新磨整。

阀杆及阀杆衬套采用同一种材料或材料选择不当。

阀杆使用碳钢或不锈钢材料时，应当采用青铜或含铬铸铁作为阀杆衬套材料。

如果发现阀杆螺纹有磨损现象，应更换新的阀杆衬套或新的阀杆。

输送高温介质时，润滑同时不应产生锈蚀，因而在输送高温介质时，应采用纯净的石墨粉作润滑剂。

阀杆有轻微锈蚀使阀杆升降不灵活时，可用手锤沿阀杆衬套轻轻敲击，将阀杆旋转出来后加上润滑油脂。

水煤浆气化炉黑水角阀长周期稳定运行的研究及应用摘要：本文介绍了水煤浆气化炉黑水角阀在长周期稳定运行中的应用。

由于黑水系统角阀在气化炉正常运行过程中，长期处于高温（240℃、）高压差（6.0Mpa）黑水（含有颗粒粗渣）冲刷中，运行时间时间久就会导致阀门阀芯、阀座以及缓冲段冲刷受损，造成阀门内漏、卡涩、关不严等现象，严重时影响气化炉、洗涤塔以及闪蒸系统黑水调节。

通过利用一种耐高温陶瓷复合管对气化炉黑水角阀文丘里段进行延伸，同时对阀座流道进行优化，提高了阀门的耐腐蚀耐冲刷能力，延长了角阀使用时间，从而保障气化炉长周期安全稳定运行。

关键词：气化炉、黑水角阀、阀座流道、陶瓷复合管0引言德士古水煤浆加压气化工艺技术发源于美国，由德士古公司研发。

在1948年，美国研究出了首套15吨煤的测试设备，进行二十多种燃料的测试，主要有：无烟煤、褐煤、烟煤以及石油焦等，1956年研发建成第一套气化炉，其压力为 2.8MPa，每日投煤量达到100吨，经过多年的发展，气化技术发展迅速，第二代气化炉压力已达到6.5MPa,日投煤量达到1600吨以上，该技术成熟可靠，应用广泛，经过多年发展，已在煤化工、石油化工等行业广泛应用。

但由于该气化炉运行中黑水角阀运行周期较短，阀门故障率较高，频繁出现如卡涩、内漏关不严等问题。

角阀是气化炉正常运行运行中极为重要的设备，是调节气化炉和洗涤塔以及闪蒸罐黑水流量及压力的关键设备，黑水角阀在正常运行受黑水冲刷，黑水中的细渣颗粒、氯离子、硫化氢以及含磷酸等腐蚀性介质对角阀有较强的冲刷，会加速阀门损坏，角阀阀芯阀座受强腐蚀性介质冲刷，阀门缓冲段冲刷泄露后，就会影响生产正常运行，严重时导致减负荷甚至气化炉被迫停车，因而对于黑水角阀阀的研究及技术改造有较积极的意义。

1研究现状1.1目前我公司有三套气化炉系统，工作温度1400℃，工作压力：6.5Mpa，每套气化炉系统分别有黑水角阀:12"*16"900LB 2台;4"*6"900LB 2台；10"*16"150LB 2台；8"24"150LB 2台，一套气化炉系统共有角阀8台，气化炉正常运行中，黑水角阀处于一开一备状态。