煤化工裝置輸送高壓純氧閥門設計探討

之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹煤化工裝置輸送高壓純氧閥門設計探討目前，在煤化工裝置中輸送高壓純氧時，稍有不慎，容易引起爆炸事故。由于氧氣助燃，因而閥門的選型、結構、材料和脫脂防靜電等處理中，需要有系列的措施和要求，并且在進行氧氣閥門配管時，也有特殊的要求，用以保證氧氣管路的安全可靠。煤氣化裝置中氧氣管線控制閥及切斷閥是氧氣管網上的關鍵設備，也是事故多發源，因此氧氣閥門的合理選型及安裝至關重要。根據殼牌煤氣化技術工藝特征，簡要介紹了氧氣閥門使用的嚴酷工況。依據國內外氧氣閥門的相關規煤氣化裝置中氧氣管線控制閥及切斷閥是氧氣管網上的關鍵設備，也是事故多發源，因此氧氣閥門的合理選型及安裝至關重要。根據殼牌煤氣化技術工藝特征，簡要介紹了氧氣閥門使用的嚴酷工況。依據國內外氧氣閥門的相關規范，對氧氣控制閥和切斷閥的形式、材質、填料、硬化、防靜電防火、脫脂禁油等方面進行了闡述，并對壓力在3．0～10．0mPa之間閥門材質的選擇進行了重點探討，希望為大型化工裝置中氧氣閥門的選型及安裝提供幫助。

１ 煤化工裝置輸送高壓純氧閥門設計探討工況的定義

在氧氣流體輸送的過程中，氧氣在管道系統中流動會發生改變，歐洲工業氣體協會（ＥＩＧＡ）制定的標準《深度冷凍法生產氧氣及相關氣體安全技術規程》中也參考了ＥＩＧＡ的劃分方式。其定義：使氧氣流動方向突然改變或產生漩渦的位置，從而引起氧氣中夾帶的顆粒對管壁的撞擊，這樣的位置稱作“撞擊場合”，否則稱為“非撞擊場合”。“撞擊場合”容易發生激發能源，引起燃燒與爆炸，是危險場合，安全控制要求更加嚴格。氧氣閥門就是典型的“撞擊場合”。



２ 煤化工裝置輸送高壓純氧閥門設計探討氧氣管道閥門

２．１ 材質的選取

在進行材質選擇時，根據不同金屬的可燃性，對氧氣的流速會有一定的限制要求。如果阻燃合金在管道的設計壓力下能夠阻燃，則此時不需要考慮流速限制。因此，在ＥＩＧＡ規范中提出了豁免壓力的概念，即豁免壓力為金屬免除考慮流速限制的小壓力。 但對于豁免壓力仍需考慮金屬材料的厚度，相對于規范中有較大調整，且豁免壓力也略有調整。總結常用的金屬豁免壓力和小厚度要求見表１所列。 表１ 常用的金屬豁免壓力和小厚度要求合  金 小厚度／ｍｍ豁免壓力／ＭＰａ 中僅提出了碳鋼和奧氏體不銹鋼的流速限制，見表２所列（表２與ＥＩＧＡ標準一致） 。該標準僅提出了部分合金的豁免壓力，即銅及銅合金（含鋁銅合金除外）、鎳及鎳銅合金，在小于或等于２１．０ＭＰａ條件下，流速在壓力降允許時沒有限制。 通過上述規范對比，選擇氧氣閥門的閥體及閥內件材料時，使用國標結合ＥＩＧＡ規范進行選擇。但需注意ＥＩＧＡ規范的溫度適用范圍為－３０～２００℃，壓力在２１ＭＰａ以下，露點在－３０℃或更低 的氧氣。 例如：氧氣管道公稱直徑為ＤＮ８０， 氧氣壓力為７．６ＭＰａ的豁免壓力，對于閥芯閥座的選擇，可以考慮選擇ｍｏｎｅｌ合金。現階段閥門廠家的常規配置為閥體使用ｍｏｎｅｌ ４００，閥芯閥座為ｍｏｎｅｌＫ５００，且閥芯閥座不宜做硬質堆焊，因為堆焊時由于工藝水平限制，易產生一定的不安全因素，所以氧氣閥門盡量不宜使用硬質堆焊處理，且盡量不作縮頸處理，保持與原有管道同口徑。同時需考慮管道材質的溫壓曲線和閥體材料的溫壓曲線是否一致，如不能配合，需要調整閥門法蘭連接的壓力等級，并注意與管道專業的配合。



２．２ 閥體結構的選擇
氧氣管道上的閥門應選用氧氣閥，國內氧氣管道上多選用截止閥，普通閥門介質的流動方向是下進上出。在氧氣工況下，閥門流道與普通閥門有所不同，選擇上進下出，以保證閥桿受力良好，且閥芯快速關閉。同時，流道內腔需光滑、流暢、無尖角，內部零件需保證倒角為圓角，且流道盡可能采用流線型，使得氧氣在流動過程中無壓力突變和流向突變。


３ 氧氣閥門配管的設計
在煤化工項目中，在氧氣進入氣化爐前，閥門較多，且空間較小，因此，在設計中需要與管道專業做好配合工作，并給予相當的重視。通常德士古氣化爐工藝中有２路氧氣（中心氧和環隙氧）進入燒嘴，其中中心氧的配管更加復雜，包括測量流量的節流裝置、氧氣調節閥、氮氣吹掃支路（三通）及止逆閥。除節流裝置應滿足前后直管段要求外，氧氣閥門后管道也有特殊要求。ＧＢ １６９１２—２００８第８．１．６條提到：氧氣管道的彎頭、三通不應與閥門出口直接連接。調節閥組、干管閥門、供一個系統的支管閥門、車間入口閥門，其出口側的管道宜有長度不小于５倍管道公稱直徑且不小于１．５ｍ的直管段。ＧＢ ５００３０—２００７《氧氣站設計規范》第１２．０．１８條提到：氧氣管道的彎頭、分岔頭，不應緊接安裝在閥門的下游；閥門的下游側宜設長度不小于管外徑８倍的直管段。ＩＧＣ Ｄｏｃ  １３／１２／Ｅ第５．２．１條明確管道的沖擊場合包括且又不限于列出的工況，如三通、彎通等。且第５．３．２．３款指出節流閥和工藝控制閥紊流和撞擊工況不僅在閥門的閥芯閥座中存在，而且會延伸到下游８倍管道公稱直徑的長度。 通過上述的規范對比，可以發現共同之處即閥門出口流速變化較快，沖擊較為嚴重，不宜緊接安裝彎通、三通，同時宜保證５～８倍的直管段。



４ 其他要求

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥凡接觸氧氣的零件必須除水、除油，確保干凈 清潔。因高壓氧氣流速較快，若碰到毛刺、凹槽、凸肩等發生高速摩擦，容易積聚能量，如有雜質進入，將會引發起火，所以流道內壁應平滑、無銳邊、毛刺及焊瘤。氧氣管道的彎頭、異徑管等處是氣流沖擊和摩擦劇烈的地方，這些位置比直管更具有危險性。因此在設計、加工、裝配、試驗、運輸等環節，應制訂嚴格的工藝規程，確保達到預定技術要求。同時，在工藝操作中也需要按照規程嚴格進行操作，在純凈的氧氣環境下，如進入任何一點油脂或顆粒物， 均會造成重大危險，所以對于工藝操作人員的安全培訓也是重中之重。



５ 結束語

綜上所述，作為化工裝置益重要的一類管道，對氧氣管道設計和配管中存在的要點需要認真研究，只有不斷提高氧氣管道的設計和施工質量，嚴格執行相關標準規范，嚴把材料選用、管道布置、焊縫探傷、強度試驗等環節，才能確保氧氣管道運行安全和裝置的長周期安全運行。與本產品相關論文：禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護



參考文獻：

［１］ 王萬榮． 化工裝置中氧氣管道的設計和施工問題的探討［Ｊ］

［２］ 周璐． 氧氣管道爆炸因素分析及預防措施［Ｊ］

［３］ 高秉申， 吳越峰，吳禮學．高參數氧氣管路閥門設計與研制［Ｃ］