煤化工用金属密封球阀的选型及应用_王树宏

文章编号：1002-

5855（2012）05-0015-04作者简介：王树宏（1961－），男，吉林长春人，工程师，长期从事石化阀门设备采购与设备管理工作。

煤化工用金属密封球阀的选型及应用

王树宏1，杨效礼2，乐精华

2

（1.北京石油化工工程有限公司，北京100107； 2.兰州高压阀门有限公司，甘肃兰州730060）

摘要

介绍了在煤制油工艺过程中金属密封耐磨球阀的选型和市场需求及应用领域，分析了

金属密封浮动球球阀和固定球球阀的结构特性和选型及应用。

关键词

煤化工；金属密封球阀；耐磨阀门；浮动球；固定球；热喷涂

中图分类号：TH134

文献标识码：A

Selection and application of metal seal ball valve for coal chemcial industry

WANG Shu-hong 1，YANG Xiao-li 2，YUE Jing-hua 2

（1.Beijing Petrochemical Engineering Co．Ltd ，Beijing 100107，China ；nzhou High Pressure Valve Co．Ltd ，Lanzhou 730060，China ）

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

概述

煤化工是将煤通过热加工和催化加工转化为各种燃料和化工产品的过程。煤化工及煤制油项目首先要进行煤气化，在高温下将煤、焦炭等固体燃料与气化剂反应，转化为气体产物和残渣。煤气化所用的气化剂主要为蒸汽、高压高纯度氧气及其混合气体，气化反应包括了一系列均相与非均相化学反应。所得气体产物因所用原料煤质、气化剂的种类和气化过程不同而具有不同的组成，可分为煤气、半水煤气及水煤气等。在煤化工产业的煤制油、煤制烯烃及大型煤化成套系统中，金属密封耐磨球阀作为一种耐磨损的管路系统截断及流量控制的部件得到了极为广泛的应用。2

煤制油工艺过程

煤制油工艺是以煤炭为原料，通过化学加工方法将固态的煤转化合成为液态的石油燃料产品，其工艺可分为直接液化和间接液化。2.1直接液化

直接液化是先将煤炭磨成煤粉与溶剂配制成油煤浆，然后在高温、高压下将煤中复杂的有机高分子结构直接转换为较低分子液体燃料。在精制后制得优质的油品，其工艺过程见图1。直接液化油回收率高，可达63% 68%，煤消耗量小，生产1t 液化油，需消耗洗精煤约2.4t 。馏分油以汽、柴油为主，目标产品的选择性相对较高。油煤浆进料，设备体积小，投资和运行费用低

。

图1供氢溶剂直接液化煤制油（埃克森法）流程

直接液化的反应条件相对较苛刻。液化压力、

温度要求过高，液化压力为17.0 30.0MPa，温度为430 470ħ。出液化反应器的产物组成较复杂，液、固两相混合物由于粘度较高，分离相对困难。氢耗量大，一般在6% 10%。

2.2间接液化

间接液化是将煤炭在高温下气化，转化为合成气（CO和H2），再经过费－托合成可制得优质燃料（汽油、柴油和航空燃料）和化工原料。合成条件较温和，反应压力2.0 3.0MPa，反应温度低于350ħ。转化率高，如SASOL公司SAS工艺采用熔铁催化剂，合成气的一次通过转化率达到60%。

由于煤基间接液化反应物均为气相，所以其工艺设备体积庞大，投资和运行费用高。间接液化全部需要依赖于煤的气化，其煤耗量大且合成副产物较多，目标产品的选择性相对较低。

3阀门特性要求

3.1工况条件

煤制油、油改煤及煤气化等煤化工系统处于介质（煤渣）高硬度、高压力及高温度的工况，阀门应具有耐磨、耐冲刷、防结垢、防结疤及快速切断等功能。阀门口径大（一般为DN300 DN450）、启闭频繁且速度快（30min动作一次，5 10s/次），要求阀门密封性能好，可靠性高。目前，特级耐磨球阀已广泛用于德士古炉煤化工和煤制油行业，其介质水煤浆中包含58% 67%的煤粉固体。黑水系统及灰浆系统中含有大量渣浆等特硬固体颗粒，在阀门腔体内沉积、堵塞或结垢，难于清除（表1）。

表1煤化工用阀门特殊要求

特殊要求阀门性能

使用温度≤550ħ

阀座密封等级ANSI/FCI70－2的ClassⅤ级/API598

启闭动作5 10s/次（气动装置）

阀门强度高强度轴承及高性能的执行机构

磨损度具有很强的耐磨性，采用球面和阀座喷涂WC，涂层厚度为0.2 0.4mm，硬度为65 70HRC

密封性球体和阀座都进行表面硬化处理，密封结构采用弹簧加力阀座，使阀座向球体移动，高精度加工技术确保密封等级腐蚀性满足ANSI/FCI70－2的ClassⅤ级/API598密封试验标准

酸性阀体材料采用奥氏体不锈钢、双相不锈钢、英康乃尔合金，具有很强的耐腐蚀性

其他材料符合NACE MR-0103及NACE MR-0175要求。与介质接触的零部件禁用铜材。仪表及附件防护等级达到IP65 68，防爆等级达到ExdⅡCT4

3.2阀门材料

Class600 1500的常温（－29 200ħ）耐磨球阀，阀体材料为ASTM A105碳钢锻制球阀，其球体选用ASTM A182F304。对于有强腐蚀工况时，阀体材料可采用奥氏体不锈钢、双相不锈钢、Inconel625（Hastelloy C－276）。Class2500的高温（300 510ħ）耐磨球阀阀体材料为A182F22或A182F347不锈钢锻钢，球体选用Inconel718。阀杆采用沉淀硬化不锈钢17－4PH（表2）或A638－660。

表217－4PH沉淀硬化不锈钢和不锈钢常温力学性能比较

钢种屈服强度/MPa抗拉强度/MPa延伸率/%断面收缩率/%硬度/HRC 17－4PH≥1207≥1310≥14≥54≥42

F304≥205≥515≥40≥60≤187 CF8≥205≥485≥35//

F316≥205≥515≥40≥60≤187 CF8M≥205≥485≥30//

3.3工艺技术

金属密封耐磨球阀结构适用于输送黑水、渣水及水煤浆等含固体颗粒的介质，阀门的球体和阀座用超音速喷涂（HVOF）JK117｛（WC）/17Co｝或阀座堆焊STL12#（D812）硬质合金，大规模生产时，应采用数控研磨中心对球体和阀座实行高精度的研磨。阀杆有防止固体颗粒进入填料函的金属和填料双密封结构。阀座弹簧具有防止灰渣堵塞结