浙江摩根閥門有限公司
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煤化工行�(yè)用金屬密封球閥的選型及應�
煤化工行�(yè)用金屬密封球閥的選型及應�
浙江摩根閥門有限公司技術提�
摘要 � 了在煤制油工 程中金屬密封耐磨� � 型和� 需求及 � 域,分析�
金屬密封� 球球 和固定球� � �(gòu)特性和 型及 ��
關鍵� 煤化�; 金屬密封球閥; 耐磨閥門; 浮動�; 固定�; 熱噴�
Abstract: Introduces the selection and market demands as well as application fields of metal seal wear
� resisting ball valve in the process of coal to oil production�analyses the structure characteristics�se-lection and application for metal seal floating ball valve and fixed ball valve�
Key words: coal chemical; metal seal; ball valve; wear valve; floating ball; fixed ball; thermal spray
1 煤化工用金屬密封球閥概述
煤化工是將煤通過熱加工和催化加工�(zhuǎn)化為�種燃料和化工�(chǎn)品的過程�煤化工及煤制油項目首先要進行煤氣�,在高溫下將��焦炭等固體燃料與氣化劑反應,�(zhuǎn)化為氣體�(chǎn)物和殘渣�煤氣化所用的氣化劑主要為蒸汽�高壓高純度氧氣及其混合氣�,氣化反應包括了一系列均相與非均相化學���所得氣體產(chǎn)物因所用原料煤�(zhì)�氣化劑的種類和氣化過程不同而具有不同的組成,可分為煤氣�半水煤氣及水煤氣��在煤化工�(chǎn)�(yè)的煤制油��制烯烴及大型煤化成套系統(tǒng)�,金屬密封耐磨球閥作為一種耐磨損的管路系統(tǒng)截斷及流量控制的部件得到了極為廣泛的應用�
2 煤制油工藝過�
煤制油工藝是以煤炭為原料,通過化學加工方法將固�(tài)的煤�(zhuǎn)化合成為液態(tài)的石油燃料產(chǎn)�,其工藝可分為直接液化和間接液化�
2. 1 直接液化
直接液化是先將煤炭磨成煤粉與溶劑配制成油煤漿,然后在高溫�高壓下將煤中復雜的有機高分子�(jié)�(gòu)直接�(zhuǎn)換為較低分子液體燃料�在精制后制得�(yōu)�(zhì)的油�,其工藝過程見圖 1�直接液化油回收率�,可� 63% � 68% ,煤消耗量�,生�(chǎn)液化�,需消耗洗精煤� 2. 4t�餾分油以��柴油為主,目標產(chǎn)品的選擇性相對較��油煤漿進料,設備體積小,投資和運行費用�� 直接液化的反應條件相對較苛刻�
![]()
溫度要求過高,液化壓力為 17. 0 � 30. 0MPa,溫度為 430 � 470� �出液化反應器的產(chǎn)物組成較復雜,液�固兩相混合物由于粘度較高,分離相對困��氫耗量�,一般在 6% � 10% �
2. 2 間接液化
間接液化是將煤炭在高溫下氣化,轉(zhuǎn)化為合成� ( CO � H2 ) ,再�(jīng)過費� 托合成可制得�(yōu)�(zhì)燃料 ( 汽油�柴油和航空燃�) 和化工原��合成條件較溫�,反應壓� 2. 0 � 3. 0MPa,反應溫度低� 350� ��(zhuǎn)化率�,如 SASOL 公司 SAS 工藝采用熔鐵催化�,合成氣的一次通過�(zhuǎn)化率達到 60% �
由于煤基間接液化反應物均為氣相,所以其工藝設備體積龐大,投資和運行費用��間接液化全部需要依賴于煤的氣化,其煤耗量大且合成副產(chǎn)�
較多,目標產(chǎn)品的選擇性相對較��
3 閥門特性要�
3. 1 工況條件
煤制��油改煤及煤氣化等煤化工系�(tǒng)處于介質(zhì) ( 煤渣) 高硬��高壓力及高溫度的工況,閥門應具有耐磨�耐沖��防結(jié)��防結(jié)疤及快速切斷等 � ��� 門 � � � ( 一 � � DN300 � DN450) �啟閉頻繁且速度� ( 30min 動作一次,5� 10s / �) ,要求閥門密封性能�,可靠性高�目前,特級耐磨球閥已廣泛用于德士古爐煤化工和煤制油行業(yè),其介質(zhì)水煤漿中包含 58% � 67% 的煤粉固��黑水系統(tǒng)及灰漿系�(tǒng)中含有大量渣漿等特硬固體顆粒,在閥門腔體�(nèi)沉積�堵塞或結(jié)�,難于清� ( � 1) �
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� 1 煤化工用閥門特殊要求 |
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特殊要求 |
閥門性能 |
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使用溫度 |
≤550� |
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閥座密封等級 |
ANSI /FCI 70 � 2 � ClassⅤ級 /API 598 |
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啟閉動作 |
5 � 10s / �( 氣動裝置) |
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閥門強度 |
高強度軸承及高性能的執(zhí)行機�(gòu) |
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磨損� |
具有很強的耐磨�,采用球面和閥座噴涂 WC,涂層厚度為 0. 2 � 0. 4mm,硬度為 65 � 70HRC |
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密封� |
球體和閥座都進行表面硬化處理,密封結(jié)�(gòu)采用彈簧加力閥座,使閥座向球體移�,高精度加工技術確保密封等� |
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腐蝕� |
滿足 ANSI /FCI 70 � 2 � ClassⅤ級 /API 598 密封試驗標準 |
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酸� |
閥體材料采用奧氏體不銹鋼�雙相不銹��英康乃爾合金,具有很強的耐腐蝕� |
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其他 |
材料符合 NACE MR-0103 � NACE MR-0175 要求�與介�(zhì)接觸的零部件禁用銅材�儀表及附件防護等級達到 IP65 � |
68,防爆等級達� Exd�CT4
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3. 2 |
閥門材料 |
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Inconel625 ( Hastelloy C � 276) �Class2 500 |
的高� |
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Class600� 1 |
500 的常� ( � 29 � 200� ) 耐磨 |
( 300 � 510� ) |
耐磨球閥閥體材料� A182 |
F22 � |
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球閥,閥體材料為 ASTM A105 碳鋼鍛制球閥,其 |
A182 F347 不銹鋼鍛�,球體選� Inconel718�� |
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球體選用 ASTM A182 F304�對于有強腐蝕工況 |
桿采用沉淀硬化不銹� 17 � 4PH |
( � 2) � A638 |
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�,閥體材料可采用奧氏體不銹鋼�雙相不銹�� |
� 660� |
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� 2 |
17 � 4PH 沉淀硬化不銹鋼和不銹鋼常溫力學性能比較 |
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鋼種 |
屈服強度 /MPa |
抗拉強度 /MPa |
延伸� /% |
斷面收縮� /% |
硬度 /HRC |
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17 � 4PH |
≥1 207 |
≥1 310 |
≥14 |
≥54 |
≥42 |
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F304 |
≥205 |
≥515 |
≥40 |
≥60 |
≤187 |
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CF8 |
≥205 |
≥485 |
≥35 |
/ |
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F316 |
≥205 |
≥515 |
≥40 |
≥60 |
≤187 |
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CF8M |
≥205 |
≥485 |
≥30 |
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3. 3 |
工藝技� |
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或閥座堆� STL12# ( D812) 硬質(zhì)合金,大�(guī)模生 |
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金屬密封耐磨球閥�(jié)�(gòu)適用于輸送黑��渣水 |
�(chǎn)時,應采用數(shù)控研磨中心對球體和閥座實行高� |
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及水煤漿等含固體顆粒的介�(zhì),閥門的球體和閥座 |
度的研磨�閥桿有防止固體顆粒進入填料函的金屬 |
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用超音速噴� ( HVOF) JK117 { ( WC ) /17Co } |
和填料雙密封�(jié)�(gòu)�閥座彈簧具有防止灰渣堵塞�(jié) |
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ClassⅤ級�
4 球閥性能分析
4. 1 浮動� ( MOGAS �(chǎn)�)
美國 MOGAS 雙金屬閥座浮動球球閥,為介質(zhì)出口端金屬密�,閥桿帶軸肩防飛出結(jié)�(gòu),閥座設計為刮刀��閥門具有自泄壓功�,符合抗靜電及防火要�,依�(jù) NACE MR � 0103 進行防腐處理,并按需要配置閥門齒輪� ( �2) �
64HRC 以上,厚度不小于 0. 3mm�球體與閥座手工配對研�,密封檢驗完全滿� API 598 標準要求�閥座鋒利的邊緣可對球體自刮擦自清�,防止介�(zhì)
進入球體與閥座的密封面而造成�(nèi)漏和卡塞�(xiàn)��
( 7) 碟簧 選用碟形�(jié)�(gòu)彈簧,材料為 In-conel718�碟簧的主要作用是為閥座和球體施加一個預緊力,保證球體與閥座緊密�(jié)��當球���
座受到熱脹發(fā)生位移時可有效回縮,防止球體與閥座發(fā)生卡塞現(xiàn)��碟簧后閥座腔倒角處理 ( 角度�(jīng)流體動力學計�) ,使固體顆粒不易堆積在閥座后面而影響閥座的有效退� ( � 3) �
1. 閥桿 2. 閥桿導向�(huán) 3. 閥桿密封軸承 4. 填料防護�(huán)
5. 復合填料 6. �(zhí)行器固裝支架 7. 填料壓蓋
8. 閥桿上的 “T”標志 9. 刻線
� 2 MOGAS 耐磨球閥閥桿填料�(jié)�(gòu)
( 1) 通徑 采用 ANSI B16. 34 標準�(guī)��
( 2) 壓力等級 閥門的壓力等級符合訂貨規(guī)格及工藝管路等級要求,閥體壓力等級不低于法蘭等級�
( 3) 連接形式 球閥過程連接為法蘭連接�?qū)高B�,法蘭標準依�(jù) ANSI B16. 5,采� RF
法蘭連接�對焊連接端部標準依據(jù) ANSI B16. 25�
( 4) �(jié)�(gòu)長度 采用 ANSI B16. 10 標準確定
閥的�(jié)�(gòu)長度�
( 5) 閥體�閥蓋 均選用鍛� ASTM A105� ASTM A82 F22�A182 F347,對于需要防硫化氫的閥門按照 NACE 要求進行熱處��
( 6) 球體�閥座 球體為不銹鋼 410SS,表面高速氧火焰噴涂碳化鉻合� ( 涂層耐溫 815� ) ,硬� 64HRC 以上,厚度不小于 0. 3mm�閥座�
Inconel 718 合金,同樣采用噴涂碳化鉻合金硬化處理�表面高速氧火焰噴涂碳化鉻合金再熔融處理 ( 耐溫 815� ) ,涂層耐磨不易脫落�球面硬度
1. 球體 2. 閥座 3. 彈簧
� 3 耐磨球球體與閥座�(jié)�(gòu)
( 8) 閥桿 閥桿材料選用 17 � 4PH � A638 � 660�閥桿設計為雙密封并有軸肩防飛出結(jié)�(gòu),帶彈簧預緊的填料壓蓋結(jié)�(gòu)�閥桿設置有金屬密封軸承和填料雙重密封
� 4 MOGAS 耐磨球閥填料及填料壓蓋結(jié)�(gòu)
( 9 ) 填料 � 3 個模壓成型組合純石墨�(huán) ( Chesterton 5300) � 2 個有 Inconel 合金絲編織成的石墨抗擠壓�(huán) ( Chesterton 1601) 組成,能承受
970� 的高��填料壓蓋帶有預載碟簧,填料壓蓋可持續(xù)壓緊填料不致�(fā)生外漏現(xiàn)��
( 10) 泄漏等級 切斷閥的閥瓣和閥座采用金屬密封的雙向密封形式�金屬密封軸承表面硬化處理后手工配對研�,為壓力密封設計,壓力越大,密封越緊,可防止固體顆粒進入填料��泄漏等級
符合 API 598 標準要求�
4. 2 固定� ( HARTMANN �(chǎn)�)
德國 HARTMANN 高壓固定球球球閥為金屬雙向密�,全通徑,雙流向�3 片分體式�(jié)�(gòu)��
煤制油工藝過程中同時存在� � � � 固三相混合物介質(zhì),對閥門提出高溫�高壓�耐磨�耐腐��耐沖��抗熱循壞和零泄漏等要��作為全通徑�大流��低流��開關方便等優(yōu)點的金屬密封耐磨球閥將獲得快速發(fā)�,將逐步從低��常溫到高��高溫,促進了球閥應用范圍的擴大和�(fā)��浮動球與固定球耐磨球閥各有特點,各種選型原則只是在一般情況下的應用原��隨著閥門生產(chǎn)技術的�(fā)�,浮動球球閥將可用于高壓力工�,固定球球閥也可以用于含固體顆粒介質(zhì)工況�高溫高壓�
屬密封耐磨球閥在煤化工�(chǎn)�(yè)的煤制油�煤制烯烴及大型煤化成套系�(tǒng)中的推廣應用,可替代進口的同類產(chǎn)�,提升我國高溫高壓耐磨球閥的技術水�,有效降低企�(yè)的設備采購成��
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