黑水闪蒸系统控制阀碳化钨阀芯设计探讨
黑水调节阀选型与计算的探讨
黑水调节阀选型与计算的探讨刘建兵【摘要】黑水调节阀是水煤浆气化工艺关键阀门之一,其介质具有很强的腐蚀性,且含有硬质固体颗粒,由于阀门前后压差大,将导致闪蒸现象发生,阀后出现高速的汽液固三相流体.若黑水调节阀的选型或计算不当,会导致阀门不能满足工艺过程的要求,将对气化装置的稳定运行造成影响.简要介绍了水煤浆气化工艺黑水调节阀的应用工况、选型、计算及其他特殊要求,以期为同类装置提供一些参考.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2014(050)004【总页数】5页(P24-27,30)【关键词】水煤浆气化;黑水调节阀;选型;计算;闪蒸;阻塞流【作者】刘建兵【作者单位】中石化宁波工程有限公司,浙江宁波315103【正文语种】中文【中图分类】TH138水煤浆气化工艺具有技术成熟、流程简单、过程控制安全可靠、原料适应性强、碳转化率高、粗合成气质量好、环保性能好、装置建设投资低、建设周期短等特点。
近年来，煤化工产业蓬勃发展，水煤浆气化工艺在煤制氢、煤制甲醇、煤制烯烃、煤制合成氨等工程中得到了广泛应用。
气化装置通常为上游装置或关键的工艺装置，当气化装置停车时，将导致下游装置或与之配套的生产装置中断生产，造成较大的经济损失。
因此，气化装置的长周期稳定运行至关重要。
根据多家企业的水煤浆气化装置运行情况，除了耐火砖、工艺烧嘴等关键设备外，关键阀门也是影响气化装置长周期稳定运行的重要因素，特别是黑水调节阀[1-2]。
笔者将基于某项目中的水煤浆气化工艺对黑水调节阀的选型与计算作一探讨。
1 工艺流程简介水煤浆气化工艺中的气化炉和洗涤塔在生产过程中将产生黑水，需要通过黑水闪蒸系统对黑水进行处理，解析黑水中的酸性组分、回收热量并提浓黑水，工艺流程如图1所示[3]。
来自气化炉和洗涤塔的黑水分别经调节阀LV-01和FV-01减压后进入高压闪蒸罐，闪蒸出的水汽以及大部分溶解的酸性气组分经冷却、分离后送至下游单元进一步处理。
煤化工黑水系统工艺以及阀门应用
我国的能源结构决定了在未来相当长的一段时间内，能源仍是以煤炭为主。
而煤炭资源的清洁高效利用则是需要更加深化推进的发展方向。
煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。
主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。
其工艺固有的介质高温、高流速、高压差、高腐蚀性、流体高含固量等工艺特点，对阀门的工况适应性以及整体寿命等提出了严峻的挑战。
尤其煤化工行业里气化炉黑水、灰水等严苛工况的介质中含有较高硬度及含量的固态颗粒、腐蚀性组分，对调节阀耐腐蚀、抗冲刷性能及整体寿命要求越来越高，所以这类严苛工况的阀门提高耐腐蚀抗冲刷性能，延长平均无故障周期和整体寿命成为了煤化工工业调节阀急需突破的难题。
黑水处理是煤化工中最重要的环节之一。
该步骤主要是将合成气洗涤废水和液渣水浴后的废水，回收并重新循环使用，保证粗合成气质量合格。
因此，黑水处理系统能否高效、稳定运行，制约着煤气化生产的稳定和长周期运行。
什么是黑水黑水是从气化炉、水洗塔、渣池排除的冲洗水，灰水是黑水经闪蒸、过滤、澄清后形成的水，大部分灰水经脱氧处理后循环使用。
黑水介质中的固体含量大且硬度比较高（一般在1000ppm 以上），当黑水介质中固体悬浮物的浓度很高时，固体悬浮物会诱发黑水中的碳酸钙等结晶，从而堵塞管道及阀门的通道。
煤化工黑水主要指煤气化系统形成的带有煤渣的固、液混合物，混合物中大部分是液体。
黑水介质具有高悬浮物、高温、高碱、高硬度等特点，且含有氨、氯离子、硫化氢、磷酸等强腐蚀介质，同时还有气化反应所产生的高硬度的固体颗粒，固体颗粒的含量最多可达到4%。
固体颗粒沉积后经常堵塞阀门节流口处，在节流口处流体混杂着硬度较高的固体颗粒高速运动，所以对阀芯、阀座等阀门关键零部件的冲蚀严重。
工艺介绍黑水处理是将来自激冷罐、湿洗塔和除渣系统的废水和系统的雨水污水等回收处理再循环利用的水处理系统。
主要包括合成气洗涤系统、锁斗系统，合成气初步净化单元和黑水处理系统4个部分。
煤气化装置中黑水角阀内部流场优化研究
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。
黑水调节阀内闪蒸现象的CFD探索
中图分 类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ７ 文 献标志 码 ： Ｂ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０ ４８ ５ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ － ０ ０ ９ ８ － ０ ３
Ｃ Ｆ Ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｂｌ ａ ｃ ｋ ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｖａ ｌ ｖ ｅ
２ 数值模 拟
黑水调 节 阀 多 为 角 阀 ， 广 泛 适用 于控 制 高 黏 度 介
２ ． １ 建模
质、 含有颗粒的流体和泥浆及闪蒸流体等。本文选取
Ｄ Ｎ １ ５ ０ ， Ｐ Ｎ １ １ ． ０的黑水调 节 阀为研 究 对象 ， 其 三维 结 构
分别建立该 型号黑水 调节 阀开度分别 为 ３ ０ ％、 ６ ０ ％ 时 的流道 模 型 ， 并 划 分 网格 ， 其 中开 度 为 ３ ０ ％ 的
ＹＡＮ Ｚ ｈｅ ｎ，Ｌ Ｉ Ｆｅ ｎｇ，ＬＩ Ｕ Ｙｏ ｎ ｇ — ｌ ｉ ａ ｎ ｇ，ＺＨＡＯ Ｈａ ｉ — ｙ ａ ｎ，ＣＡＯ Ｙｕ
（ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ １ １ １ １ ）
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黑水闪蒸系统角阀损坏原因及处理
黑水闪蒸系统角阀损坏原因及处理针对德士古煤化工系统气化和渣水处理装置的黑水角阀在实际应用中出现的阀体及阀座后流道冲蚀、气蚀、阀瓣脱落和阀门卡塞等现象，从结构设计、关键零部件的材料选择等方面分析了原因，提出了相应的解决方法。
1、概述用于德士古系统煤气化装置的气化和渣水处理装置中的黑水角阀，由于介质温度高、压降大、灰渣含量高、颗粒硬度高、腐蚀性强，且介质为固、液、气三相流等因素，对阀门造成极大程度的冲蚀及气蚀破坏，严重影响阀门的使用寿命和系统正常运行。
2、原因分析黑水角阀在德士古系统使用中常见的问题主要为阀体穿孔、阀瓣脱落、阀内件冲蚀和阀门卡塞等。
2.1、阀体穿孔某煤化工现场使用的黑水角阀在装置运行2 个月后出现阀体穿孔，其现场介质为含有固体颗粒的黑水，温度为200℃，进口压力为8MPa，出口压力为0. 4MPa，阀门关闭压差为10. 34MPa，管道尺寸为DN150，阀门进口法兰公称直径为DN100，阀门出口法兰公称直径为DN150，最大流量为160m3 /h。
经初步计算分析，入口流速为5. 7m /s，出口流速为2. 5 m /s。
介质流动状态为阻塞流，由于阀后压力0. 4MPa 远小于阀前200℃时的饱和蒸汽压( 1. 55MPa) ，阀后存在严重气蚀现象。
通过流体有限元分析软件( 2.2、阀瓣脱落目前在高温闪蒸工位使用的黑水角阀，其阀杆和阀瓣多采用机械紧固连接。
由于介质的高速冲击或波动，连接处易出现松动，引起阀瓣的振动。
而阀瓣材料为整体烧结的硬质合金，硬度高、脆性大，在这种循环振动的工况阀瓣容易震碎。
如使用中引发共振对阀瓣的破坏更大。
2.3、阀座后流道冲蚀和气蚀从黑水液固两相流经角阀减压后的流动状态分析，介质对阀座后流道主要产生冲蚀和气蚀破坏。
在节流口处，根据伯努利方程，静压能转变为动能，其流速急剧增加( 流动状态为湍流) 。
夹杂在黑水中的硬质颗粒( SiO2 等) 以切削、犁沟和刺入的方式对阀内件进行高速冲刷形成冲蚀。
控制阀流量特性分析及闪蒸、汽蚀预防探讨
第23卷第2期2008年6月河北工业大学成人教育学院学报J oum al of A d ul t Educat i∞s ch00l of H ebei U ni ver s时of T e chnol ogyV ol-23N o．2Jun．2008控制阀流量特性分析及闪蒸、汽蚀预防探讨殷国军1’殷锐2秦莉1l．天津市成套设备工程监理有限公司天津300384；2．国家发展银行天津分行天津30006l摘要：本文首先整体综合地介绍了控制阀的基本知识，并且就控制阀的一个重要特性——流量特性进行了深入剖析。
本文还就控制阀经常出现的两个主要问题——闪蒸和汽蚀，探讨了其产生的原因及应对措施。
文章的最后简要阐述了控制阀附件中最为重要的阀门定位器的作用及其分类。
关键词：控制阀；流量特性；闪蒸；汽蚀中图分类号：T B492文献标识码：A文章编号：1008—911X(2008)02一0036—04A n A nal ys i s of t he C ont r ol V a l ue’s Fl owC har a ct e r i st i c and I t’s Pr event i on T r eat m ent sf or t he Fl ashi ng and t he C aV i t at i onY i n G uo-j unl Y i n R I I i2Q i l l L i l(1．Ti删i n co唧I ek Eq ui p m ent E ngi n∞r i呜Super vi si on A n d M肌鸳em eⅡt Co．L坩，酬i n300384，Chi】咂；2．C M m DeVel op嗍t B a I ll【，Ti anj i n300061。
C M啮)A bs t r acl：T hi s p印er fi rs t l y舀V e s a br i ef oveⅣi ew of t he bas i c know kdge of eont rol val ve，and t hengi V e s a com pr ehens i V e anal ysi s of t he now char a ct er i st i c f or cont rol V al V e．T w o i m po nant ph enom e-non——nashi ng and ca vi t a t i on of connIol val V e ar e aL l so i l l ust r at ed i n t hi s pap er and t he a ut hor i nves-t i ga t es t he r ea s o n f or t hes e phenom e nons and gi ve s t he sol ut i on t o sol ve or pr eve nt t he pm b l em．A t t he end of出i s p印er t her e i s a br i e f i nt roduct i on of t he cont m l val ve posi t i one r w hi ch i s t he m ost i m—port ant a c ce s sor y f or cont r D l V al V e．K9y w or d：cont I D l val ve；now c ha ra ct e ri st i c；nas hi ng；c avi t a t i on阀门是专门设计成的机械器件用以直流、启动、停止、混合或调解工艺流体的流量、压力或温度。
探讨调节阀气蚀和闪蒸的控制
探讨调节阀气蚀和闪蒸的控制摘要：浅析闪蒸及气蚀的成因的，探讨其产生的影响，详细地分析了调节阀在阀门结构和材料选择方面有效防止闪蒸和汽蚀影响的方法，从而减少危害的发生，为工业安全生产提供了新的思路。
关键词：气蚀；闪蒸；饱和压力；气蚀系数；压力恢复系数1、概论调节阀是常用的执行器也是自控系统中的终端控制部件，但在使用过程当中，轻易地会出现气蚀及闪蒸现象。
在气蚀的流动中，渐渐地会出现一些蒸汽气泡，与此同时，其产生的爆炸会对调节阀内部产生一定程度的破坏，造成调节阀使用寿命的逐渐缩短，而且发生的闪蒸现象，不可回避地冲刷阀芯组件，发生很严重的损毁。
这种现象不但会对阀芯组件的密封面和阀座的密封面造成损坏，更会较为严重地拉低阀门的关闭性能及使用性能。
以上这些现象的发生，一方面会造成口径选择及计算的偏差, 另一方面还会造成更为严重的后果，例如：强化噪声、加大振动、破坏材质等【1】。
总而言之，在一定程度上消除调节阀的气蚀和闪蒸，是其在使用过程中的重中之重。
2、气蚀和闪蒸的成因及影响2.1 气蚀和闪蒸的成因毋庸置疑，闪蒸及气蚀二者的出现，都与调节阀的组塞流密不可分。
组塞流是一个物理现象名词：它指的是在不可压缩流体流经控制阀的瞬间能达到的最大流速。
在控制阀中，不论哪种液体流过，如果把入口压力作为一个固定量P1，则当出口压力P2越变越小的过程中，就会出现调节阀内部的液体通过量（流量）在不断增加的现象。
巧合的是，在出口压力P2不断减少的过程中，直到其压力达到一个临界值时，调节阀内部的流量就不再改变，趋于稳定，阻塞流指的就是这个极限流量【2】。
阀门最大允许压力降，如果压差（）> ，那么就容易产生气蚀和闪蒸现象。
根据以上描述可以得出：气蚀和闪蒸的发生受制于两个压差，这两个压差值分别是：调节阀入口处状态下流体的蒸汽压Pv和缩流断面处压力Pvc。
设定FF是临界压力比，它由由流体性质决定，且恒小于FFFF1。
如果Pvc明显低于Pv，即Pvc 小于 FFPv时将会发生大量的汽化，而因气化产生的气泡会对流量的测量造成影响。
煤气化黑水角阀损坏原因与优化方案
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。
煤化工专用黑水阀阀座流通性能研究
煤化工专用黑水阀阀座流通性能研究I. 绪论A. 研究背景和目的B. 相关领域的研究现状C. 研究方法论II. 煤化工专用黑水阀的工作原理和结构A. 工作原理B. 结构组成C. 工作环境和工况III. 黑水阀阀座流通性能的测试和分析A. 测试方法和测试设备B. 实验结果和数据分析C. 流通性能的评估和比较IV. 黑水阀阀座流通性能的影响因素和优化措施A. 影响因素的分析和探讨B. 优化设计和改进措施C. 流通性能的模拟和预测V. 黑水阀阀座流通性能的应用和展望A. 应用案例和实践效果B. 市场需求和竞争分析C. 发展趋势和未来展望VI. 结论A. 论文主要贡献和创新之处B. 研究中存在的问题和不足C. 下一步研究工作的方向和建议I. 绪论A. 研究背景和目的黑水阀是一种用于煤化工、煤制油等领域的专用阀门，它能够承受高温高压和腐蚀性介质，具有重要的工业应用价值。
黑水阀的核心部件是阀座，其流通性能对整个阀门性能和安全运行都具有重要的影响。
目前国内外对黑水阀阀座的研究主要集中在材料选择、密封性能、耐腐蚀性等方面，而对阀座的流通性能研究较为缺乏。
因此，本论文旨在对煤化工专用黑水阀阀座的流通性能进行研究，以提高黑水阀的工作效率和安全性。
B. 相关领域的研究现状目前国内外在阀门领域已经发展出一系列详细的标准和规范，例如GB、JB、API、ANSI等，这些标准和规范为阀门的设计、制造和使用提供了依据。
同时，阀门领域的相关研究也在不断深入和扩展，涉及材料、结构、密封、流体力学等多个方面。
但是对于黑水阀阀座流通性能的研究较少，尤其是在高温高压和腐蚀性介质等特殊环境下的研究还不够深入。
C. 研究方法论本论文采用实验研究和数值模拟相结合的方法，通过实验测试黑水阀阀座在特定条件下的流量、压降等参数，并在此基础上建立数值模型，从而分析阀座的流通性能和影响因素。
研究结果可以为优化黑水阀的设计和选择阀座材料提供参考。
II. 煤化工专用黑水阀的工作原理和结构A. 工作原理黑水阀是一种用于控制介质流量的阀门，其工作原理基于阀芯和阀座之间的密封作用，用来实现介质的开启、关闭、调节和流量控制等功能。
水煤浆气化装置闪蒸系统高闪气回收利用探讨
48水煤浆加压气化工艺是国内目前广泛应用、规模较大、技术成熟稳定的煤气化工艺，其核心设备之一工艺烧嘴的安全、稳定、长周期运行，对整个煤化工生产企业的安全、长周期、满负荷生产运行和高效益生产起着决定性作用。
一、高闪气产量及回收利用价值分析气化炉与洗涤塔排出黑水量设计值分别为144t/h和15t/h，经减压阀减压后进入设计压力为0.9MPa、温度为179℃的高压闪蒸罐中，在高压闪蒸罐中闪蒸出大量的闪蒸气，经冷却及气水分离后闪蒸气设计流量为403.2m3/h（即标况下的流量为18kmol/h）；高闪气组分设计含量为CO27.20%（摩尔分数，下同）、H218.27%、CO220.37%、H2O33.62%、C l20.06%、A r0.06%、N20.11%、H2S0.39%、NH30.04%。
若所有的气体都视为标况下的理想气体，则有效气（H2+CO）的流量为18×1000×(27.20% +18.27%)×22.4/1000=183.3m3/h，那么5台在运气化炉的有效气（H2+CO）流量为183.3×5=916.5m3/h。
实际生产中，为满足工艺要求、缓解系统结垢，均加大了系统的水循环量——气化炉大黑水的排量在190t/h、洗涤塔小黑水排量在50t/h，远大于设计值，因此，实际高闪气量也远大于设计值;又因为大、小黑水量增大，黑水至低压闪蒸、真空闪蒸系统后，导致低压闪蒸系统超压，真空闪蒸系统真空度不好，使灰水温度升高，影响污水处理。
于是，据实际情况将高压闪蒸系统压力降至0.65MPa运行，以满足后系统工况要求，而高压闪蒸系统操作压力降低后，闪蒸出的闪蒸气更多，正常生产中，据高压闪蒸罐闪蒸气出口流量计示数得出实际每套闪蒸系统的高闪气量约800m3/ h，5套闪蒸系统高闪气总量为4000m3/ h；高闪气取样分析组分为CO24.20%、H228.21%、N20.23%、CO247.06%、CH4475mL/m3、H2S2000mL/m3，则高闪气中有效气（H2+CO）的流量为4000×（24.20%+28.21%）=2096m3/h。
黑水调节阀概述
黑水调节阀概述在煤化工系统中高压闪蒸罐、真空闪蒸罐及高闪罐顶分离器等系统设备上的阀门使用工况苛刻，流体介质主要为高温的黑水、渣水及灰水。
黑水、渣水及灰水含有氯离子、氨、钾盐、硫化氢或磷酸等强腐蚀介质，并且阀门前后压差大。
在节流口，流体介质混杂着硬质颗粒高速流动，具有强大的动能，阀门的阀芯或阀座等表面很快被冲出流线形的细槽，形成侵蚀，同时有阻塞流发生，高速流体产生闪蒸或空化。
介质在阀腔内的聚泡爆裂过程，会释放很大的能量，对阀体内部及节流元件等零件产生强力破坏，形成气蚀。
对于阀门性能要求必须达到耐高腐蚀、耐高冲刷和耐高温度的要求。
传统的工艺管线上主要采用进口的结构形式为偏心旋转调节阀，其结构耐腐蚀、耐高温性能好，但是耐冲刷性能差。
其阀芯、阀座及阀体流道等喷涂碳化钨处理，其寿命约为3个月，而国内产品仅仅使用半个月左右。
受此影响，装置运行需要频繁地更换阀门，既浪费工时又加大了生产成本。
为此研制开发了文丘里黑水调节阀(黑水调节阀产品专利)。
2 技术参数公称通径变径进口10in(250mm)出口28in(700mm)等公称压力ANSI900LB工作介质黑水、渣水、灰水等流量特性等百分比泄漏等级ANSIB104IV可调比50内件材料特殊碳化钨整体烧结工作温度200-425°C3 型式选择煤化工系统原工艺选择偏心旋转调节阀，虽然能够满足工艺要求，但是偏心旋转调节阀的结构型式决定其耐冲刷能力差。
传统的单座阀门允许前后压差小，无法满足压差要求。
如果是清洁介质，套筒阀将是最理想的阀门，但是由于介质含有大量固体颗粒的原因无法使用。
最终确定特殊种类的单座角式调节阀，既有传统单座阀的优点，又有套筒阀的耐压差大和能量冲击消耗的特点，并且是有清洁作用的高进低出阀门，设计了特殊种类的文丘里黑水调节阀。
4 结构性能4.1 阀体阀体不仅是阀门主要承压件，也是所有零件连接安装的核心零件，并决定着阀门的结构及性能。
阀体设计成腰鼓型，并且对阀座和导向套采用了改进后的安装方式。
水煤浆气化炉黑水角阀长周期稳定运行的研究及应用
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。
煤化工装置黑水角阀失效分析
煤化工装置黑水角阀失效分析摘要：黑水角阀是现代煤化工装置中工况较为恶劣的关键阀门之一。
针对黑水角阀使用过程中常见失效形式，分析了阀门失效机理，并从材料、流道结构及工艺流程等3个方面归纳总结了黑水角阀的改进技术现状。
经过分析与总结，讨论了目前研究与改进的不足之处：缺乏对介质中固体颗粒特性影响规律的试验研究、未综合考虑经济成本因素等，并指出了未来的研究与改进方向。
关键词：煤化工；黑水角阀；失效分析；含固多相流；磨蚀我国的能源结构决定了在未来相当长的一段时间内，能源仍是以煤炭为主。
而煤炭资源的清洁高效利用则是需要更加深化推进的发展方向。
煤气化技术作为现代新型煤化工工艺的核心技术［1］，是煤炭清洁利用技术的首选。
煤气化工艺主要有水煤浆气化工艺和干煤粉气化工艺两大类。
水煤浆气化工艺和干煤粉气化工艺除了气化原料部分不同，后续工艺基本类似，均设置有黑水处理系统［2-3］。
黑水处理系统主要是处理气化炉以及合成气初步净化过程中产生的含固黑水，回收黑水中的部分热能，同时分离出固态颗粒和溶解于水中的气体，实现灰水的部分循环利用。
煤化工工艺中涉及到大量的含固多相流介质的流动控制，而黑水角阀主要是将来自于气化炉及洗涤塔的含固黑水，减压调节后送入闪蒸罐内，以便于回收热量和灰水再循环利用。
黑水角阀的使用工况非常苛刻，需面向高温、高压差、腐蚀、含固多相流等介质环境，是煤气化装置中不可或缺的关键设备。
针对黑水角阀的故障失效问题，分析其在苛刻工况条件下的失效行为与机理、研究并改进材料与结构，提高其有效使用寿命，是业内技术人员关注并研究的重点。
1失效形式及机理为保证含固多相流介质流动顺畅无阻塞，黑水角阀普遍采用了角式自洁阀腔设计，其典型结构如图1所示。
1.1主要失效形式。
煤化工装置中，无论是干煤粉气化工艺还是水煤浆气化工艺，黑水角阀的失效形式普遍表现为：（1）阀芯冲损严重；（2）阀座冲损严重；（3）下游法兰冲损严重；（4）阀杆冲蚀严重；（5）阀芯掉落；（6）阀杆卡涩；（7）气动执行器串气等。
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黑水闪蒸系统控制阀碳化钨阀芯设计探讨
摘要：在煤气化装置中，从气化炉底部设置黑色水调节阀至高压闪蒸罐，从洗
涤塔底部设置黑色水调节阀至高压闪蒸罐。
这些控制阀工作温度高，压降高，灰分最高。
它们应该能够承受阀门压降引起的高流量，以及闪蒸溶解蒸汽、水和煤灰颗粒汽化引起的腐蚀和磨损。
尤其是在第一阶段黑色的水从高压到直接降低到中、低压阀,因为大量蒸汽的过程,物流通过黑水闪蒸系统控制阀的节流组件非常高,导致阀内部的严重磨损,大大减少了阀门的使用寿命。
关键词：黑水闪蒸系统控制阀；碳化钨阀芯设计；
前言：高压黑水控制阀是煤气化装置中必不可少的关键设备。
主要用于气化过程中的闪蒸和水循环系统。
可控制气、液、固三相介质在高压差、强腐蚀性条件下的流动和压力。
此外，由于其运行条件极其恶劣，使用寿命相对较短，维修频繁，成本较高，给设备的安全生产带来了很大的隐患。
因此，有必要对高压黑水调节阀在使用过程中常见的故障进行分析和改进，以延长其使用寿命。
一、黑水闪蒸系统控制阀失效机理分析
1.在高温时,含有水,煤渣固体颗粒水通过控制阀阀座,液体压力低于饱和压力时,液体温度的当前输出阀后压力仍低于饱和压力,因此液体通过节流孔发生蒸发液体部分形成气泡两相流,有时合并和破坏。
蒸发产生的裂缝和蒸汽。
在空化过程和闪蒸的气泡破裂可引起强烈冲击力,损坏阀下部阀和管道,导致管道内表面侵蚀和调
节器,以及降低吞吐量调节阀压差,特别是非常刚性阀杆、阀座。
导致机械磨损和
破坏，不可靠的阀门控制和阀杆撕裂。
2.侵蚀。
腐蚀是金属相对于金属表面相对运动和腐蚀性液体的现象，是黑水循环系统中最常见的腐蚀机制，黑水中的水位于固体气体中。
因此，材料的抗腐蚀性、介质液体阶段的悬浮液颗粒的硬度、形状和数量是影响磨料行为的主要因素。
二、黑水闪蒸系统控制阀碳化钨阀芯设计
1.阀内件材料的选择。
碳化钨硬度高，常温、高温耐磨性好。
其变形抗力非常强。
量几乎是钢的2-3倍。
其抗压强度远远大于抗拉强度，韧性差，易断裂。
碳化钨的硬度与弯曲强度呈负相关，即硬度越高，韧性越差。
同时，也是保证产品质量必须规定的关键性能参数。
钴基碳化钨中材料的组成和晶粒尺寸也是影响碳化钨特别是力学性能的重要因素。
根据内部破坏模式的黑色水阀,阀的振动引起的故障模式的核心是更加突出,所以阀芯应材质硬度应选择偏高,阀芯具有良好的
韧性和硬度适中,并能有效防止脆性开裂的风险的阀心的前提下确保一定程度的耐蚀性。
阀座和衬套的主要失效形式是局部或整体流道的严重腐蚀，由于其应力状态比阀芯好，对阀体和下游管道的危害更大。
此外，烧结后的微观晶粒尺寸也是影响合金力学性能的重要因素。
对碳化钨的断裂韧性与晶粒尺寸的关系进行了实验研究。
影响高温下由碳化钨头和合金钢基体组成的阀芯结构可靠性的关键因素之一。
2.结构设计。
在黑水闪蒸处理系统中，碳化钨阀芯的开裂或脱落尤为突出。
本文主要研究了阀芯的结构设计。
除上述碳化钨材料的性能外，碳化钨头与合金钢基体连接的结构形式直接决定了阀芯的耐久性和可靠性。
目前，黑水角阀大多采用非平衡结构。
当阀门打开时，进出口之间存在较大的压差，阀芯头部受出口方向不平衡力的影响。
阀门开启时，含有大量硬固体颗粒的介质高速冲击阀芯，使阀芯承受一定的横向冲击载荷。
当介质流经出口时，流速加快，形成湍流，并
伴随着高压差下的闪蒸和空化，产生剧烈振动。
采用钎焊的方法将碳化钨嵌入合
金钢中。
结构紧凑简单，制造工艺简单，抗震性能好。
特别适用于小口径阀芯连
接的设计。
钎焊以其熔点低、对碳化钨的润湿性好、焊接应力低等优点，在国内
外得到了广泛的应用。
由于银基焊接温度低于铜基焊接温度，银基焊接工艺对接
头附近碳化钨性能的影响较小，但银基钎焊不那么重要。
焊接件的使用温度受限制，工作温度不能超过200℃。
选用合金基体材料时，应尽量选用热膨胀系数与
碳化钨相近的材料。
结果表明，碳化钨焊缝硬度和断裂韧性随碳化钨晶粒尺寸的
增大而增大，接头断裂方式随碳化钨晶粒尺寸的变化而发生较大的变化。
根据核
心的大小，合理选择厚度需要智能设计焊接前合金基质和碳化钨之间的径向间隙。
间隙太小，不能使焊接均匀地填满焊接表面，这导致焊接强度不足、焊接强度过大、熔融剂无法产生足够的表面张力，从而导致焊接强度不足。
对于较小的瓣膜
心脏，可以控制瓣膜之间的间隙和阀杆上的焊接，以达到良好的润滑性能，从而
产生良好的焊接性能。
为了提高焊接效率，降低焊接过程对基础材料的影响，必
须在焊接前进行适当的热处理，避免热处理碳化物钨，在真空加热炉中处理热处理。
碳化物钨与合金钢矩阵结合，具有张力和效用，特别是圆形截面的结合，具
有良好的可靠性，广泛用于将碳化物钨与合金钢结合。
碳化物钨对相应部分的压
力是易碎材料，具有很强的抗拉强度，因此，当与张力相互作用时，应将其视为
内衬零件的张力，而金属零件由于抗拉强度高而应承受拉力。
在设计与张力连接时，应根据实际消费需求计算，或者根据适当的标准选择合理的过剩。
黑色水阀
入口和出口之间的差异大,如阀芯结构不平衡时,阀开阀发生了非常大的努力,所以
力量失衡,引起夹过剩,加上足以克服这些不平衡,也就是考虑到高温状态下,在碳化
钨和热膨胀开始减少多余间隙、合理选择范围,避免过于小富张力,导致高温阀芯
脱落,而相反,过大,安装过盈热加压装置衬里或导致预应力基础外钢裂纹。
拉力耦
合明智地利用碳化钨和合金钢的热膨胀系数之间的巨大差异，使碳化钨成为内置
元素完全利用材料的特性，设计师可以根据工作条件选择合理的冗余，以确保可
靠的连接。
与设计和装配张力连接更容易控制，从而提高产品质量稳定。
但是，
根据热安装技术，金属合金材料的选择要求更高，材料需要高温和高温。
3.碳化物钨用于机械连接到合金钢基材。
碳化物钨和合金钢基质可以直接通
过具体结构的螺纹和合金钢基质，通过螺纹，然后通过火花或激光器处理销孔，
使用内部螺纹的螺栓或弹壳将碳化物钨与合金基质与螺纹结合，然后用别针防止
螺纹松动。
使用联接结构紧固螺栓或螺钉,在热膨胀系数差异大与合金钢管基地条件,因此实际温度高,加热后螺栓变形大,容易造成变形、阀总体刚度衰减弱,碳化钨
顶在振动和疲劳断裂和破坏风险非常大。
因此，在高温下，由于不同材料的热膨胀，由于不同材料的热膨胀，导致化合物的松弛是直接影响化合物强度和可靠性
的关键因素之一。
一般来说，机械连接的结构很容易建立和维护，以合金为基础
的材料选择较低，从而降低成本，特别是对于成本较高的大型阀门的一部分。
充
分了解黑水控制阀的工作条件、负荷和性能，优化机械连接的总体结构可以大大
提高机械连接的可靠性。
结束语：分析了黑水控制阀碳化钨阀芯的主要影响因素。
为延长碳化钨阀芯
的使用寿命，避免因阀芯失效而停机，降低运行效率，设计人员和工程师应根据
具体工况选择最佳的碳化钨连接方式。
参考文献：
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［2］沈占忠，王敬，兰小平． FLUENT 流体工程仿真计算实例与应用［M］．北京: 北京理工大学出版社， 2018．
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