锁渣阀在水煤浆加压气化装置上的应用与国产化

GE水煤浆气化炉锁斗系统在运行中常见问题的优化探讨摘要：本文针对本公司气化装置中锁斗系统运行中常见问题，并根据实际情况作出了故障判断和原因分析以及提出相应处理措施。

关键词：锁斗；收渣：排渣；问题1.锁斗系统简介及工艺流程锁斗系统由一套逻辑联锁系统自动控制，每个循环周期为25min，其中集渣时间为23min，总的排渣时间为2min（其中冲洗时间为15s,排渣时间为15s）。

具体排渣流程为：一段预设的时间后（约23min），计时器触发锁斗排渣。

排渣期间，气化炉与锁斗之间的切断阀123KV013/014关闭。

锁斗循环泵进口切断阀123KV010关闭，自循环阀123KV001打开，转入自循环，123KV017、123XV021打开锁斗泄压到锁斗冲洗水罐123V0109，泄压（锁斗压力小于0.4MPa泄压完成）后123KV017关闭泄压管线冲洗阀123KV020打开用灰水短暂冲洗泄压管线，15S关闭123KV020、123KV017打开；然后锁斗出口冲洗水阀123KV024及锁斗出口阀123KV027打开将渣和水排到渣池123U0102，其中渣由捞渣机123Y0101捞到渣车中装车外送。

123V0109底部冲洗水阀打开对锁斗进行冲洗，同时将锁斗内的物料置换成较冷且干净的水。

锁斗排渣阀在预设时间之后或者在锁斗冲洗水罐达到低液位之后关闭，以保证锁斗始终保持在充满水的状态。

当锁斗高液位开关被激活时，锁斗冲洗水罐冲洗水阀关闭。

使用高压冷凝液或高压灰水完成锁斗充压，当锁斗和气化炉之间的压差小于0.4MPa时，锁斗入口阀重新打开。

与此同时，锁斗循环泵回流阀关闭。

主要流程大致分为泄压、清洗、排渣、充压、集渣五个阶段。

破渣机处于激冷室底部与锁斗之间，用于破碎大块熔渣，保障锁斗正常集渣。

2.锁斗流程简图图1 锁斗流程简图（以第一套为例）3.锁斗系统运行中常见的问题及处理3.1锁斗泄压慢锁斗进入到排渣程序，在泄压阶段保持时间比较长（一般大于2min），压力很难泄到逻辑系统中锁斗压力＜0.4MPa,泄压阀一直打开，导致锁斗逻辑系统无法进行，锁斗无法排渣。

煤化工进口阀门国产化展望孙银辉【摘要】介绍了适用于煤化工行业苛刻工况环境的几种阀门，分析了煤化工行业对阀门的需求情况，随着我国煤化工的发展，阀门需求量将不断增加；通过自主创新，消化吸收引进技术，国产阀门的研发能力、工艺装备、产品设计制造水平和产品质量都有明显提高，有力地推进了煤化工进口阀门国产化。

【期刊名称】《煤炭加工与综合利用》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】5页(P49-53)【关键词】煤化工;阀门;国产化;需求;改进【作者】孙银辉【作者单位】神华集团包头矿业有限责任公司，内蒙古包头 014100【正文语种】中文【中图分类】TQ424.1阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。

阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。

用于流体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。

煤化工领域由于氧气工况安全事故多发，且极易造成巨大的人身安全或经济财产损失，因此对氧气工况用阀门设立了远高于一般行业标准的技术与质量要求。

《煤化工设备推荐手册》推荐了上海科科阀门、苏州纽威阀门、上海开维喜、中核苏阀、浙江超达、上海精工等厂家阀门，煤化工领域国产阀门也有应用实践。

1 适用于煤化工严苛工况的几种阀门1.1 氧气切断球阀煤化工领域中的氧气切断球阀必须达到的要求：（1）严格脱油脱脂：密封等级高达ANSI B16.104 VI 级/API 598 （双向）；（2）温度要求高：煤气化工艺靠近气化炉的主氧路最后一个氧气切断阀，要求使用温度高达500 ℃；（3）压差大：氧气放空阀、氧气旁通阀，开启瞬间的压差达到4.7~8.6 MPa，造成阀门开启需要的扭矩大，氧气流速高，要求对于阀门内件的材料选择高；（4) 开关时间要求高：煤气化工艺中的主氧路阀门开关时间要求开关时间较短，尤其阀门关闭时间一般都要求<3 s；（5）密封副表面合金高：球体与阀座之间的摩擦属于干摩擦，容易造成阀门开关不流畅，表面合金容易剥落，这就要求球体与阀座表面为硬化合金。

- 40 -工 业 技 术煤焦制氢（简称POX）装置是以煤及石油焦为原料生产氢气，而生产氢气的装置对整个炼化企业是至关重要的。

POX 装置以水煤浆为原料在气化炉加压反应，气化后的煤渣在加压输送过程中，由于介质为高压煤粉及氮气，锁渣阀的阀体流道、球体、阀座及密封面必然会受到冲蚀和磨蚀，又由于在正常生产中锁渣阀的开关频率较高、压力和温度从高到低交替变化等因素，对锁渣阀的性能提出了较高的要求[1]。

1 POX 装置锁斗循环及相关阀门简介1.1 锁斗循环原理简介POX 装置的锁斗系统是一个定期收集和排放气化炉产出灰渣的水封体系，是确保气化炉连续运行的重要系统之一。

锁斗循环分为收渣、卸压、排渣和充压4个阶段（如图1所示），一个循环的时间大约为30 min [2]。

锁斗程序启动后，当排渣时间到时，锁斗进口阀关闭，锁斗循环泵入口关闭，循环阀打开，锁斗泵自身循环。

锁斗卸压阀打开，渣池溢流阀关闭，锁斗开始卸压，锁斗内压力卸至锁斗冲洗水罐12V103。

卸压后，关闭锁斗减压阀，打开自锁斗冲洗水罐12V103至锁斗的锁斗冲洗阀及自锁斗至渣池的锁斗出口阀，锁斗开始排渣。

排渣计时器开始计时，到达预定时间后，锁斗出口阀、锁斗冲洗阀关闭。

锁斗充压阀打开，用来自渣水处理单元高温热水泵13P101A/B 的高压灰水对锁斗进行充压。

当锁斗与气化炉之间的压差小于设定值时，充压阀关闭，锁斗进口阀重新打开。

与此同时，锁斗循环泵入口阀打开，循环阀关闭，锁斗开始收渣。

全部排渣循环（减压、排渣、充压）时间大约2 min。

锁斗循环重新开始。

为了保证气化炉安全运行， 锁斗顺控要求锁渣阀必须在10 s 内完成开启或关闭动作，否则，锁斗顺控程序将跳停，锁斗不能进行自动收渣、排渣。

1.2 锁斗相关阀门介绍一个气化炉典型的锁斗系统共需要配置24台锁渣阀（典型配置见表1），锁渣阀为固定球硬密封球阀，尺寸较大 （DN 450 mm ／ DN 400 mm），国内POX 装置基本以进口的ARGUS 阀体为主。

水煤浆气化渣水系统国产化阀门运行分析发布时间：2022-03-10T10:54:58.143Z 来源：《新型城镇化》2022年1期作者：陈佳鑫胡峰[导读] 运行结果表明，渣水系统中选择国产化阀门，能够满足煤气化过程的耐高温、高压及磨损工况要求。

陕西延长石油榆林凯越煤化有限责任公司陕西省榆林市 719000摘要：介绍了宁波万华聚氨酯有限公司水煤浆气化工艺渣水处理工段锁斗排渣系统、气化黑水系统、灰水循环系统阀门使用工况；分析了国产化阀门在上述系统的实际应用情况；运行结果表明，渣水系统中选择国产化阀门，能够满足煤气化过程的耐高温、高压及磨损工况要求。

关键词：煤气化，渣水系统，国产化，阀门1气化渣水系统阀门使用工况分析1.1锁斗排渣系统因锁渣系统主要用于气化反应后粗渣颗粒的定期收集、排放，固体质量分数约20%。

因此，锁斗安全阀使用条件非常苛刻，要经受高温、高压的粗渣颗粒对阀门的冲刷、磨蚀。

按照气化炉运行负荷，锁渣系统的阀门一般控制在每30min开关一次，每次阀门动作都包括集渣、泄压、冲洗、排渣、充压等步骤，在此过程中，要求阀门连续动作，启闭速度快（一般为3s~10s）。

由于锁渣阀门口径较大（DN400mm），在阀门动作过程中，经常遇到粗渣颗粒的卡塞造成阀门启闭时间延长，导致锁斗运行过程中，出现联锁跳车现象。

按照气化烧嘴的使用寿命计，公司气化炉平均运行周期60d，锁渣系统阀门动作次数为2880次，由此要求上、下锁斗阀在集渣的过程中，要耐受高温、高压、高硬度的灰渣对阀门的冲刷、磨损，同时还要求阀门防结疤、结垢现象，若一旦出现上述现象，将会导致阀门开关延时；锁斗跳车或是因阀门冲刷、结疤严重，下锁斗阀密封性能差将导致锁斗冲压后压力瞬间（一般为1s~3s）降至低压（比气化系统压力低约0.5MPa~1.0MPa），此过程中，若锁斗程序在投用状态，将会造成锁斗系统瞬间承受气化炉压力，导致整个气化系统、锁渣系统设备本体支撑剧烈冲击，严重时会造成管线焊口震裂或设备本体损坏，而导致严重的停车事故发生。

1概述锁渣阀，也称为锁斗阀。

水煤浆加压气化装置煤锁斗加压输送系统中锁渣阀介质为高压煤粉及氮气，不仅对阀体的流道存在较大的冲蚀，还对阀门的球体及阀座等动部件及密封面具有更大冲蚀和磨蚀，这无疑对阀门的耐磨性能提出了较高的要求，需对阀内件采取高技术的硬化处理。

基于此，该工况的产品不仅要考虑硬化材料的硬度，也应重视硬化工艺是否能够达到除硬度指数之外的其它指数要求，包括局部大颗粒因素、局部超压因素、在温度变化的工况硬度值与结合力、硬化层与基材的结合力度、硬化层厚度等。

由于煤粉输送的周期为30分钟，因此在正常生产中该锁渣阀开关频率，高压到低压，高温到低温的交替变化较大，要求锁渣阀门不仅要具备标准产品具备的各类性能及使用寿命，还应考虑严酷工况下是否依然能够发挥价值。

2水煤浆加压气化装置介绍水煤浆加压气化工艺排渣流程图见图1。

通常气化炉内气化压力在2.7~8.5MPa，而渣池通大气，要想将炉内的灰渣排到渣池，应把介质的压力减至常压。

当1、2号锁渣阀打开、下锁阀关闭时，锁斗与气化炉处于一个系统，压力相等，此时可以将气化炉内的黑水收集到锁斗；相反当2号锁渣阀关闭，而下锁阀打开时，锁斗与渣池处于一个系统，压力相等，此时可以将锁斗内的黑水排入渣池。

在整个过程运行中工艺介质一般为固体颗粒含量为20%的渣水混合物，混合物中固体颗粒直径在3~50mm之间。

阀门入口压力范围在4.4~8.4MPa区间，温度范围在140~260℃区间。

黑水介质成分主要含有水、CI、H2S、Fe2O3、SiO2、AI22O3等成分，由于工况的特殊性所以此装置系统的阀门设计不仅要满足具有可靠的耐腐蚀而且要考虑阀门具有可靠的耐磨性能。

因此设计满足以上工况要求的锁渣阀是一项非常有挑战的项目。

3阀门设计过程3.1锁渣阀的性能要求①结合使用工况的要求，阀门的类型确定为开关两位式球阀。

阀门口径需按流体在非阻塞流状态来确定，阀门使用寿命满足10万次承受压力和温度循环操作。

煤气化工艺里关键阀门的国产化探讨煤化工及煤制油项目首先要进行煤气化，煤气化装置的排渣系统条件非常苛刻，对阀门的要求非常严格，要求阀门具有高耐磨、耐冲刷、防结垢、防结疤、快速切断等功能。

特别是锁渣阀，高压、高温、介质（煤渣）硬度非常高、启闭频繁、启闭速度快、密封性能要好，可靠性要高。

一、目前煤化工工艺里使用的阀门品牌有：氧气： PEERIN，ARUCS，VELAN，EDWARD，上海开维喜，中核苏阀煤浆：德国PEERIN，ARUCS，荷兰NELES锁渣阀：NELES，德国PEERIN，ARUCS，上海弘盛，开维喜渣水管道：上海弘盛，开维喜，NELES，浙江超达，兰高二、煤化工中某些环节的阀门已经基本完全国产化，比如λ黑水管线，工况温度100~220℃，压力0.01~0.5Mpa,对应的0.5”-12”，150Lb的闸阀，截止阀，止回阀，金属硬密封球阀等能满足基本要求，且全部已国产化。

λ循环激冷水管线，工况温度150~220℃，压力3.5~6.5Mpa,对应的0.5”-12”，600Lb闸阀，截止阀，止回阀，金属硬密封球阀等能满足基本要求，且全部已国产化。

λ煤气管线，工况温度150~220℃，压力3.5~4.5Mpa, 对应的0.5”-28”，600Lb闸阀，截止阀，止回阀，金属硬密封球阀等能满足基本要求，且全部已国产化。

λ激冷水管线，工况温度150~225℃，压力~6.0Mpa, 对应的0.5”-28”，600Lb闸阀，截止阀，止回阀，金属硬密封球阀等能满足基本要求，且全部已国产化。

三、煤化工中特殊工况（尤其是粉煤加压输送、氧气管道的阀门和渣水系统的阀门）用阀门部分已经国产化, 比如鲁奇，GSP工艺，关键的锁渣阀，锁斗阀国内国产化的厂商有：上海开维喜阀门有限公司，上海弘盛特种阀门有限公司、浙江五洲阀门有限公司、重庆白市驿锻造阀门研究所和浙江超达阀门股份有限公司6个阀门厂家涉足了锁渣阀的国产化工作以上数据全部由本人统计，编辑，本想作为公司培训资料或论文，以后陆续将更准确和详实的资料发表供大家探讨。

锁渣阀在水煤浆加压气化装置上的应用与国产化1 概述锁渣阀，也称之为锁斗阀，一般采用气动两位开关球阀，是液态排渣的水煤浆、多元料浆（以下统称水煤浆）和干煤粉气流床加压气化装置上最重要的阀门。

每台气化炉设置3台锁渣阀，气化炉激冷室或破渣机下部与锁斗相连的管道上，即锁斗入口侧有2台：XV08、XV09锁渣阀，通常称为上锁渣阀，其中，XV09锁渣阀受程序控制，大约每30min开关一次，而XV08锁渣阀常开、在线备用，以备XV09锁渣阀出现泄漏等故障随时投用。

当气化炉激冷室液位低，引起气化炉保安系统联锁动作时，XV08也联锁关闭，以防气化炉工艺气窜入锁斗系统，造成不良后果。

锁斗排放口有1台：XV10锁渣阀，通常称为下锁渣阀，该阀的下口与大气相通。

锁渣阀参加气化炉的排渣程序控制，受高温、高压灰渣的直接磨蚀，开关频繁，要求在高压差情况下，实现双向密封。

锁渣阀使用位置关键，技术要求高，造价昂贵，颇受业内人土关注。

2 水煤浆加压气化排渣系统分析2.1 工艺流程简介水煤浆加压气化工艺排渣系统流程示于图1。

气化炉内气化压力通常在2.7MPa～8.5MPa，而渣池通大气，要使炉内的灰渣排到渣池，必须将介质的压力减至常压。

当XV09锁渣阀打开、XV10锁渣阀关闭时，锁斗与气化炉处于一个系统，压力相等，此时可以将气化炉内的黑水收集到锁斗；相反，当XV09锁渣阀关闭，而XV10锁渣阀打开时，锁斗与渣池处于同一系统，压力相等，此时可以将锁斗内的黑水排入渣池。

2.2 锁渣阀使用工况2.2.1 阀门所通过的介质某操作压力6.5MPa、日投煤量750t的水煤浆气化装置，锁渣阀所通过的夹带灰渣约270℃的黑水：正常排渣时为10578kg／h，最大为13700kg／h，渣水混合，其中渣占50％，渣的粒度一般为：3mm～50mm。

黑水介质中含有水、Cl－、H2S、MgO、Fe2O3、SiO2、Al2O3等成分，过程具有化学腐蚀和机械磨蚀。