2021-08-16來源：
在水煤漿氣化工藝中，氣化爐與洗滌塔內(nèi)的黑水調(diào)節(jié)閥是整個工藝中不可缺少的組成部分。由于極其惡劣的工況讓黑水調(diào)節(jié)閥的使用壽命非常短，只有1個月到3個月不等。所以，通過設(shè)計盡量延長其使用壽命很關(guān)鍵。
黑水是水煤漿氣化工藝洗滌塔、氣化爐生產(chǎn)過程中的伴生產(chǎn)物。工藝上需要對黑水進(jìn)行回收提純與二次利用。這個過程伴隨著固液氣三相的各種考驗。
固相方面，在高壓差、高流速條件下，固體顆粒成為調(diào)節(jié)閥設(shè)計中首當(dāng)其沖的難點，會讓零件表面出現(xiàn)凹坑、刮傷,甚至裂紋。同時，固體顆粒對流體通路有磨損，會造成刮傷、劃痕、異響。方向的改變也會影響局部介質(zhì)的流速，會產(chǎn)生渦流、湍流，造成管道和閥腔產(chǎn)生振動、發(fā)出噪聲。固體顆粒的另一方面危害是沉降問題，可能導(dǎo)致閥桿與導(dǎo)向卡死，影響閥桿的穩(wěn)定性。閥桿表面的磨損與刮傷也會影響調(diào)節(jié)閥上部填料與閥桿密封的效果，造成黑水外漏、有毒氣體逸散等生產(chǎn)事故發(fā)生。
液相方面，黑水中含有多種強腐蝕離子，較高溫度長時間浸泡會對調(diào)節(jié)閥內(nèi)壁及零部件產(chǎn)生沖蝕作用，弱化零部件表面金屬氧化保護層。液體在高壓作用下，首先會沖擊調(diào)節(jié)閥腔內(nèi)部的平衡區(qū)域，導(dǎo)致隔板出現(xiàn)裂紋、貫通等問題。閥腔的流道形狀會影響阻塞流的產(chǎn)生、局部渦流和紊流的產(chǎn)生，影響閥門流通能力、調(diào)節(jié)能力，也對閥體的振動、噪聲等有影響。黑水液體的沖擊還直接影響閥內(nèi)零部件的強度。
氣相方面，黑水調(diào)節(jié)閥面臨高壓差工況，閃蒸與空化無法避免，甚至造成零部件表面破碎與管道破損。同時，閃蒸現(xiàn)象造成的流體體積急劇變化，也會使管道及下游工藝設(shè)備管口振動，導(dǎo)致下游設(shè)備出現(xiàn)設(shè)計意料之外的問題，損傷下游設(shè)備，發(fā)生嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。
針對以上工況特點，黑水調(diào)節(jié)閥在設(shè)計時要注意以下幾點：
第一，要確定調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)類型。理想的調(diào)節(jié)樣式有直通或角式兩種模型。應(yīng)選擇具有平滑轉(zhuǎn)向、不易沉降的角式調(diào)節(jié)閥，流向應(yīng)選擇側(cè)進(jìn)底出。角式調(diào)節(jié)閥能很好地引導(dǎo)介質(zhì)的流動，在閥門打開時介質(zhì)幾乎不受到任何阻力就可流出調(diào)節(jié)閥，能最大限度地減少介質(zhì)對調(diào)節(jié)閥的沖擊。
第二，要降低固體顆粒對零件的沖擊。降低零部件受到的直接沖擊有兩方面解決方案。一是提升零件強度與加粗閥桿直徑。最簡單直接的方法是在關(guān)鍵沖擊點噴涂硬質(zhì)合金、零件通體采用硬質(zhì)合金來提升零部件壽命。二是疏導(dǎo)流動方向。零部件暴露于流體通路中，在設(shè)計中對介質(zhì)流動方向進(jìn)行疏導(dǎo)或?qū)α悴考牧鲃咏Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可讓零部件不直接承受沖擊。對通路進(jìn)行疏導(dǎo)，流體進(jìn)入閥芯前先通過彎曲流道，使流體與閥芯形成一定角度，可大幅弱化對閥芯徑向的沖擊，也可減少震動。應(yīng)減少零部件的突起、臺階、凹槽，將零部件優(yōu)化為具有一定角度、弧度，使閥腔盡可能優(yōu)化為彎頭理想模型。
第三，要解決固體顆粒沉降問題。解決固體顆粒沉降有兩種方案。一是減少結(jié)構(gòu)性沉積。沉積后的閥腔結(jié)構(gòu)就是流體最終流過的形狀，可根據(jù)沉積的結(jié)果優(yōu)化流道。這是研究與改善流體通路非常好的模型。固體顆粒易沉積在低流速的拐角、零部件的臺階等處，可以主動減少閥腔的靜態(tài)死角、零部件易沉積的臺階等，使流體在流動過程中自發(fā)將固體顆粒帶出閥腔內(nèi)部，減少閥腔內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性沉積。將閥腔與零部件設(shè)計成與液體流向一致的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化零部件直邊、端面改為一定角度和弧度，盡力與閥腔路徑形成整體的流線型，有助于減少固體顆粒沉積，改善閥腔結(jié)構(gòu)的流通能力。二是在可能發(fā)生沉積的位置設(shè)計疏導(dǎo)結(jié)構(gòu)。閥腔結(jié)構(gòu)與零部件表面設(shè)計要考慮靜態(tài)疏導(dǎo)或排污結(jié)構(gòu)，可以在閥腔內(nèi)部易沉積位置設(shè)計排污口，如曲面、傾斜、凹坑等可鑄造結(jié)構(gòu)，通過重力引導(dǎo)固體顆粒向排污口聚集，也可以利用流體沖刷沉積位置，實現(xiàn)輔助清理作用。零部件表面則可以利用溝槽、環(huán)槽等刮去附著于零部件表面的固體顆粒，防止因固體顆粒的侵入而卡死。固體顆粒附著于配合表面無法避免，可以采用螺旋環(huán)槽+豎直溝槽的設(shè)計思路，將部分附著于配合表面的固體顆粒刮去。已經(jīng)進(jìn)入配合表面的顆粒可以通過液體沖刷及重力順著環(huán)槽排出，降低故障卡死幾率。
第四，降低液體的腐蝕作用。基礎(chǔ)管道可考慮使用含碳量較低的耐腐蝕碳鋼或不銹鋼。彎頭、變徑法蘭處易沖刷的重點部位應(yīng)采用不銹鋼基底，可以堆焊或噴涂，加強管道的耐沖刷與耐腐蝕性能。黑水調(diào)節(jié)閥承壓作用大于調(diào)節(jié)作用，可使用耐腐蝕、結(jié)構(gòu)強度高的奧氏體不銹鋼或雙相不銹鋼，在流體轉(zhuǎn)向、密封等主要沖刷點增加局部厚度，保證承壓長度與可靠性。
第五，要解決液體沖擊問題。不合理的流道設(shè)計會讓內(nèi)墻部分隔板承受不必要的沖擊，使閥腔內(nèi)部產(chǎn)生渦流、紊流，沖擊閥芯、閥腔，引起震動以及造成閥腔內(nèi)部隔板損傷。解決辦法是閥體采用更好的流線型結(jié)構(gòu)。可參考固體顆粒沉積位置設(shè)計，改善流道的流暢程度。流道設(shè)計重點是液體穩(wěn)定流出閥體，也可適當(dāng)增加流道回流、分流能力，讓閥體內(nèi)腔均勻承載液體壓力。回流、分流可減少閥芯單側(cè)壓力，有助于穩(wěn)定閥芯。
第六，應(yīng)對閃蒸、空化問題。如果在閥門出口加設(shè)降噪板，提高閥門出口壓力，降低閥座出口壓差，可控制液體在當(dāng)前溫度下的飽和蒸氣壓，改善液體氣化條件。但是，降噪板后的壓力依舊很高，會對下游管線及閥門造成二次沖擊。流速高、體積大將使下游管道劇烈震動，有可能損傷下游設(shè)備入口。可行的辦法是在內(nèi)部閥座出口加裝文丘里擴徑管，加長文丘里擴徑管長度，將氣化現(xiàn)象控制在高強度的文丘里管內(nèi)，保護下游管道及設(shè)備。同時，可增加閥座、閥芯、文丘里管處的強度，通過噴涂硬質(zhì)合金或通體采用硬質(zhì)合金，增強局部結(jié)構(gòu)強度。外部，可在文丘里管后加裝大口徑緩沖罐，在下游管道加厚或堆焊、噴涂硬質(zhì)合金等耐磨材料等。
