脈沖清潔閥又叫反吹角閥

脈沖清潔閥是Shell粉煤氣化裝置中陶瓷高溫高壓飛灰過濾器濾芯在線反吹清潔系統(tǒng)的重要裝置,用于控制飛灰過濾器濾芯反吹清潔后的壓降低于最大值4kPa(正常為2kPa),防止過濾元件的損壞失效,保證煤氣化工藝系統(tǒng)正常工作。該閥門開關(guān)頻繁,與高溫高壓粗合成氣直接接觸,并要求在高壓差條件下產(chǎn)生脈沖氣流。因此,對(duì)噴射脈沖清潔閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和材料選擇均提出了很高的要求。

介質(zhì)：混合氣CO 62～66%, H2 19～25%, H2O≥15%等；

進(jìn)口壓力：6.2 MPa～8.1 MPa；出口壓力：3MPa～4MPa；

進(jìn)口介質(zhì)溫度：170℃～230℃；出口介質(zhì)溫度：340℃～400℃；

響應(yīng)時(shí)間：＜0.25s；開閥時(shí)間：＜0.1s；反吹時(shí)間：＜0.1s；關(guān)閥時(shí)間＜0.1s；

連續(xù)使用壽命：＞十萬次；

用途：用于煤氣化工廠的反吹系統(tǒng)。

使用工況及特點(diǎn)：

反吹清潔系統(tǒng)主要由飛灰過濾器頂部的反吹清潔氣槽、過濾器濾芯組的清洗管線、文丘里管和反吹清潔氣槽伴熱設(shè)施等組成。該系統(tǒng)由一個(gè)高精度控制器控制高精度的噴射脈沖清潔閥產(chǎn)生脈沖氣流,吹掉附著在過濾器上的固體雜質(zhì)(濾餅),并通過自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閥門的循環(huán)動(dòng)作。設(shè)計(jì)工況下閥門反吹周期為442s,惡劣工況下為172s。

(1)閥門反吹清潔用氣源為高壓氮?dú)饣蚝铣蓺?壓力88MPa,溫度高于225 。為了滿足此工況,反吹清潔系統(tǒng)配備有輔助加熱系統(tǒng),以防止清洗過濾器濾芯時(shí)設(shè)備內(nèi)部局部溫度降至露點(diǎn)溫度以下,而產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕,濾餅受潮影響反吹的效果及過濾器濾芯的使用壽命。閥門反吹清潔氣體溫度必須高于225 ,才能清洗濾芯,否則,嚴(yán)禁反吹清潔過濾器濾芯。

(2)由于高溫高壓粗合成氣中夾帶著無數(shù)微小顆粒粉塵,它們不僅容易積沉,并粘附在關(guān)鍵部件表面,甚至?xí)秩腴y門組件的內(nèi)部,使閥桿與導(dǎo)向套、閥座與密封件等接觸表面摩擦加劇,閥門同軸度降低,閥座活動(dòng)失效,促使閥門泄漏加劇而無法使用。

(3)粗合成氣中含有腐蝕性氣體,并和沒有完全揮發(fā)的水蒸汽在高溫下反應(yīng),產(chǎn)生酸性物質(zhì),容易腐蝕閥體及其內(nèi)件,從而加速閥門損壞。

(4)閥門最大噴射脈沖時(shí)間300ms,嚴(yán)重情況下<250ms,脈沖壓差3~4MPa。使得閥門開關(guān)時(shí)間短,動(dòng)作頻繁,對(duì)閥座、閥蓋和密封件的沖擊力較大,加劇了驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部密封件的磨損,以及閥門密封組件的疲勞損壞。

(5)脈沖清潔閥口徑一般為DN80以上。在高壓差脈沖氣流作用下,閥門密封面密封比壓較大。同時(shí),如果閥門控制電磁閥響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng),容易造成閥門打開或關(guān)閉遲緩,脈沖氣流量不足,影響濾餅的吹除效果。因而選用閥門控制電磁閥時(shí),實(shí)際響應(yīng)時(shí)間應(yīng)較短。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

脈沖清潔閥主要由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制電磁閥、極限限位開關(guān)、波紋管組件、閥座組件、導(dǎo)向套和閥體等組成,采用角式端法蘭連接結(jié)構(gòu),該閥與其他角式脈沖閥相比,具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

(1)整體采用全通徑、角式結(jié)構(gòu),有利于高壓脈沖氣流的產(chǎn)生。閥體及其內(nèi)件均選用抗腐蝕性能好的材質(zhì),防止了粗合成氣的腐蝕。

(2)閥座密封填料選用耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和不易斷裂與變形的特種工程塑料,使閥門的密封性能得到改善,確保閥門能夠長(zhǎng)期可靠的工作。

(3)采用小直徑、超長(zhǎng)型金屬波紋管密封設(shè)計(jì),一方面防止了進(jìn)出口氣體的外泄漏,另一方面將大部分閥桿保護(hù)起來,杜絕了高壓粗合成氣的沖蝕和腐蝕,有效延長(zhǎng)了閥桿的使用壽命。

(4)閥桿和驅(qū)動(dòng)軸通過導(dǎo)向套和聯(lián)軸器支撐并連接,保證了閥門動(dòng)作時(shí)的同軸性。導(dǎo)向套選用了耐高溫、耐高壓和耐磨性極好的特種材料,有效降低了閥桿支撐端的磨損。導(dǎo)向套采用防脫出結(jié)構(gòu),防止由于導(dǎo)向套脫出而造成偏磨。

(5)氣動(dòng)執(zhí)行器在現(xiàn)場(chǎng)提供的0.7~1 MPa氣源壓力,可以確保閥門在最大壓差下動(dòng)作的1.5倍輸出力,使閥門在一般超壓的情況下仍能保持穩(wěn)定的啟閉動(dòng)作。由于與高精度的控制電磁閥配合使用,可以在200ms以內(nèi)迅速完成閥門的打開和關(guān)閉 動(dòng)作。響應(yīng)時(shí)間短、動(dòng)作迅速,滿足了shell粉煤氣化工藝系統(tǒng)對(duì)該閥門的工況要求。

(6)控制電磁閥和極限限位開關(guān)是免維護(hù)的循環(huán)控制執(zhí)行裝置。當(dāng)工藝系統(tǒng)發(fā)生意外(如停電或停氣等導(dǎo)致連鎖停車,對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅)時(shí),會(huì)使閥門自動(dòng)處于關(guān)閉狀態(tài),提高了系統(tǒng)的安全性。

制造工藝

工況條件要求閥體及其內(nèi)件等材料應(yīng)耐腐蝕和耐磨損,所以對(duì)閥蓋、閥座和閥桿等進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠不幚?以達(dá)到較高硬度和耐磨性。

(1)由于脈沖清潔閥要求在高壓差下確保嚴(yán)密密封,密封等級(jí)需達(dá)到API-#級(jí)要求,因而密封閥蓋應(yīng)進(jìn)行研磨以達(dá)到較高的平面度、密封面的高吻合度和提高生產(chǎn)效率。

(2)閥門開關(guān)頻繁,驅(qū)動(dòng)軸、閥桿、閥蓋、閥座和密封填料受沖擊力較大。據(jù)用戶單位使用國(guó)外噴射脈沖清潔閥所得到的經(jīng)驗(yàn),密封填料的抗沖擊強(qiáng)度不得低于418MPa,其余零件的熱處理硬度不得低于28HRC。

(3)閥桿與導(dǎo)向套的配合間隙不宜過小,也不 宜過大。由于材料在高溫下會(huì)發(fā)生熱脹現(xiàn)象,因此 過小會(huì)發(fā)生抱死,過大會(huì)造成閥桿與導(dǎo)向套偏磨,因此需要根據(jù)使用材料及使用單位的要求合理選擇閥桿與導(dǎo)向套的配合間隙。

(4)由于采用的金屬波紋管直徑較小,長(zhǎng)度較長(zhǎng),所以在分析現(xiàn)有國(guó)內(nèi)金屬波紋管生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,采用了三段式焊接結(jié)構(gòu),并對(duì)其剛度、撓度和抗扭性能均進(jìn)行了校核,設(shè)計(jì)使用壽命在100000次以上。

(5)氣動(dòng)執(zhí)行器響應(yīng)時(shí)間短,工作頻繁,其內(nèi)部動(dòng)態(tài)密封件提高了耐磨性,并增加了減磨與防塵工藝措施。