煤化工特殊阀门脉冲清洁阀（反吹角阀）

脉冲清洁阀又叫反吹角阀

脉冲清洁阀是Shell粉煤气化装置中陶瓷高温高压飞灰过滤器滤芯在线反吹清洁系统的重要装置,用于控制飞灰过滤器滤芯反吹清洁后的压降低于最大值4kPa(正常为2kPa),防止过滤元件的损坏失效,保证煤气化工艺系统正常工作。该阀门开关频繁,与高温高压粗合成气直接接触,并要求在高压差条件下产生脉冲气流。因此,对喷射脉冲清洁阀的结构设计、制造工艺和材料选择均提出了很高的要求。

介质：混合气CO 62～66%, H2 19～25%, H2O≥15%等；

进口压力：6.2 MPa～8.1 MPa；出口压力：3MPa～4MPa；

进口介质温度：170℃～230℃；出口介质温度：340℃～400℃；

响应时间：＜0.25s；开阀时间：＜0.1s；反吹时间：＜0.1s；关阀时间＜0.1s；

连续使用寿命：＞十万次；

用途：用于煤气化工厂的反吹系统。

使用工况及特点：

反吹清洁系统主要由飞灰过滤器顶部的反吹清洁气槽、过滤器滤芯组的清洗管线、文丘里管和反吹清洁气槽伴热设施等组成。该系统由一个高精度控制器控制高精度的喷射脉冲清洁阀产生脉冲气流,吹掉附着在过滤器上的固体杂质(滤饼),并通过自动控制系统实现阀门的循环动作。设计工况下阀门反吹周期为442s,恶劣工况下为172s。

(1)阀门反吹清洁用气源为高压氮气或合成气,压力88MPa,温度高于225 。为了满足此工况,反吹清洁系统配备有辅助加热系统,以防止清洗过滤器滤芯时设备内部局部温度降至露点温度以下,而产生露点腐蚀,滤饼受潮影响反吹的效果及过滤器滤芯的使用寿命。阀门反吹清洁气体温度必须高于225 ,才能清洗滤芯,否则,严禁反吹清洁过滤器滤芯。

(2)由于高温高压粗合成气中夹带着无数微小颗粒粉尘,它们不仅容易积沉,并粘附在关键部件表面,甚至会侵入阀门组件的内部,使阀杆与导向套、阀座与密封件等接触表面摩擦加剧,阀门同轴度降低,阀座活动失效,促使阀门泄漏加剧而无法使用。

(3)粗合成气中含有腐蚀性气体,并和没有完全挥发的水蒸汽在高温下反应,产生酸性物质,容易腐蚀阀体及其内件,从而加速阀门损坏。

(4)阀门最大喷射脉冲时间300ms,严重情况下<250ms,脉冲压差3~4MPa。使得阀门开关时间短,动作频繁,对阀座、阀盖和密封件的冲击力较大,加剧了驱动执行机构内部密封件的磨损,以及阀门密封组件的疲劳损坏。

(5)脉冲清洁阀口径一般为DN80以上。在高压差脉冲气流作用下,阀门密封面密封比压较大。同时,如果阀门控制电磁阀响应时间过长,容易造成阀门打开或关闭迟缓,脉冲气流量不足,影响滤饼的吹除效果。因而选用阀门控制电磁阀时,实际响应时间应较短。

结构设计

脉冲清洁阀主要由气动执行机构、控制电磁阀、极限限位开关、波纹管组件、阀座组件、导向套和阀体等组成,采用角式端法兰连接结构,该阀与其他角式脉冲阀相比,具有独特的优点。

(1)整体采用全通径、角式结构,有利于高压脉冲气流的产生。阀体及其内件均选用抗腐蚀性能好的材质,防止了粗合成气的腐蚀。

(2)阀座密封填料选用耐高温、耐磨损、耐腐蚀和不易断裂与变形的特种工程塑料,使阀门的密封性能得到改善,确保阀门能够长期可靠的工作。

(3)采用小直径、超长型金属波纹管密封设计,一方面防止了进出口气体的外泄漏,另一方面将大部分阀杆保护起来,杜绝了高压粗合成气的冲蚀和腐蚀,有效延长了阀杆的使用寿命。

(4)阀杆和驱动轴通过导向套和联轴器支撑并连接,保证了阀门动作时的同轴性。导向套选用了耐高温、耐高压和耐磨性极好的特种材料,有效降低了阀杆支撑端的磨损。导向套采用防脱出结构,防止由于导向套脱出而造成偏磨。

(5)气动执行器在现场提供的0.7~1 MPa气源压力,可以确保阀门在最大压差下动作的1.5倍输出力,使阀门在一般超压的情况下仍能保持稳定的启闭动作。由于与高精度的控制电磁阀配合使用,可以在200ms以内迅速完成阀门的打开和关闭 动作。响应时间短、动作迅速,满足了shell粉煤气化工艺系统对该阀门的工况要求。

(6)控制电磁阀和极限限位开关是免维护的循环控制执行装置。当工艺系统发生意外(如停电或停气等导致连锁停车,对安全生产构成威胁)时,会使阀门自动处于关闭状态,提高了系统的安全性。

制造工艺

工况条件要求阀体及其内件等材料应耐腐蚀和耐磨损,所以对阀盖、阀座和阀杆等进行适当的硬化处理,以达到较高硬度和耐磨性。

(1)由于脉冲清洁阀要求在高压差下确保严密密封,密封等级需达到API-#级要求,因而密封阀盖应进行研磨以达到较高的平面度、密封面的高吻合度和提高生产效率。

(2)阀门开关频繁,驱动轴、阀杆、阀盖、阀座和密封填料受冲击力较大。据用户单位使用国外喷射脉冲清洁阀所得到的经验,密封填料的抗冲击强度不得低于418MPa,其余零件的热处理硬度不得低于28HRC。

(3)阀杆与导向套的配合间隙不宜过小,也不 宜过大。由于材料在高温下会发生热胀现象,因此 过小会发生抱死,过大会造成阀杆与导向套偏磨,因此需要根据使用材料及使用单位的要求合理选择阀杆与导向套的配合间隙。

(4)由于采用的金属波纹管直径较小,长度较长,所以在分析现有国内金属波纹管生产工艺的基础上,采用了三段式焊接结构,并对其刚度、挠度和抗扭性能均进行了校核,设计使用寿命在100000次以上。

(5)气动执行器响应时间短,工作频繁,其内部动态密封件提高了耐磨性,并增加了减磨与防尘工艺措施。