煤化工中氧阀的选型

Oxygen Valve Type Selection in Coal Chemical IndustryFu Rongshen(Wuhuan Engineering Co.Ltd.，W uhan，430223，China)Abstract：The control valve and shut-off valve in oxygen pipeline is not only the key device foroxygen network in coal gasification plant，but also is the incident resource.The reasonableselection and installation of oxygen valve is very critica1.According to the character of coalgasification technology in Shell，the rigorous working condition of oxygen valve being used isintroduced briefly.Based on the related specification of oxygen valve at domestic and abroad，itis described in detail respect to the form，material，filler，stiffening，static-free，fireproofing，skim the oil and SO on for oxygen control value and shut-off valve.The material selection forthe valve with pressure around 3.O～ 1O.0 MPa is emphasized.It is supposed to provide somereferences for the selection and installation of oxygen valve in big chemical construction。

Key words：coal gasification；oxygen valve；fireproofing；static-free；skim the oil高温、高压氧气介质属于易燃易爆危险品，壳牌煤气化工艺中用到 34台氧气开关阀和4台氧气调节阀，氧阀的安全问题-直是设计方、用户和制造厂非常重视的问题。笔者针对氧气控制阀及切断阀的选型问题进行探讨。

1 阀门选型1.1 阀门形式在实际应用中证明，多次发生快开、快关阀门时，氧气流速会突然改变，若管道内有铁锈等颗粒，冲撞、摩擦激发 能量 就可能发生引燃、引爆事故[12]。为避免该类事故发生，氧气管道上不允许使用快开、快关阀门。基于同样道理，闸阀不允许使用在压力大于 0.1 MPa氧气管道上l3]，其他阀门形式未做规定。煤气化中控制阀-般选用柱塞式单座阀(大压差可选择套筒或迷宫阀)，切断阀-般选用球阀。

1.2 阀门口径阀门口径的选择除进行 Cv值计算4]外，还应考虑工作压力与流速的关系，见表 1所列。

使氧气流动方向突然改变或产生漩涡的位置，从而引起流体中颗粒对管壁的冲击，这样的位置称作冲击诚5]。冲击诚容易产生激发能量，引起燃烧与爆炸，在危险诚，氧气最高允许流速控制要求严格。

球阀处于完全打开的状态时，流量被认为是平稳的，而且阀体和过流部分可按非冲击诚考虑。

但是球阀在由全开到全关的过程中，阀芯对流体是有冲击与阻流的，实际选型也应按冲击诚考虑。

柱塞型阀有迂回曲折的通道，也应按冲击诚考虑l6]。氧气阀门口径的确定，要在高峰负荷情况下稿件收到日期：2013～02-21，修改稿收到日期：2013-05-06。

作者简介：付荣申(1982-)，2007年毕业于郑州大学电气工程学院检测技术及 自动化装置专业，获硕士学位，现就职于中国五环工程有限公司电控室，主要从事煤气化 自控工程设计工作，任工程师。

第 4期 付荣申.煤化工中氧阀的选型满足冲击诚安全流速(最高允许流速)的要求，并 留有余地，确保安全。

表 1 管道中氧气最高允许流速 m/s注：① 铜及铜合金(含铝铜合金除外)、镍及镍铜合金，在小于或等于 21.o MPa条件下，流速在压力降允许时没有限制。

1)最高允许流速是指管系最低工作压力、最高工作温度时的实际流速。

如球阀通常处于全开状态 ，流速不会有明显改变 ，阀体和过流部分的材料可根据 阀门入 口的流速进行选择。由于柱塞 阀的迂 回流路，使氧气通过阀芯处的流速不容易准确计算，因而可按照表 2氧气阀门材质选用表要求选择，同时也可按表 3氧气管道材质选用表选用等同或高于管道材质的材料7]。其他 阀门若不能准确地计算流速，都可以遵照表 2和表 3的原则进行阀门材质的选择。

依据表 2虽然很容易得到-定压力下阀门的材质要求，但其范围较宽。如 0.6 MPa

表 2 阀门材料选用依据p/MPa 材 质乡≤O.6 阀体、阀盖采用可锻铸铁 、球墨铸铁或铸钢阀杆采用不锈钢阀瓣采用不锈钢0.610 采用铜合金、镍及镍基合金注：① 工作压力为 0.1 MPa以上的压力或流量调节阀的材料，应采用不锈钢或铜合金或以上两种组合；② 阀门的密封填料，应采用聚四氟乙烯或柔性石墨材料。

表 3按压力范围分为四档，每档中又分为-般诚和非-般诚两种情况。阀后 5倍公称直径”未说明针对什么形式的阀门，应理解为所有形式的阀门。表 3中 0.6 MPa%p≤10.0 MPa划分为两档，0.6 MPa%p≤3.0 MPa和3.0 MPa

关于氧气 阀门是否可以采用软 阀座，IGCDOC13/02E氧气管道系统协调文件 5.3节指出：球阀和旋塞阀采用任何高弹体/聚合物材料，就要特别关注绝热压缩的情况”；用于低泄漏率的蝶阀既可使用弹性体密封也可用金属密封”；截止阀通常采用免除材料”。其中高弹体/聚合物材料”、弹性体密封”可理解为软密封，因而球阀及蝶阀可采用软密封，但-定要满足软密封阀门使用的温度条件，且氧阀对其使用压力还有-定的限制(相关标准对软密封使用的压力范围没有明确规定，但可参照氧气管道垫片规定，即 ≤0.6 MPa可以使用聚四氟乙烯垫片)。氧气阀门由于其应用诚非常危险，应慎用软密封阀门。

绝热压缩升温 ]：当氧气管道阀门快速开启时，阀后原来处于低压的氧气受到阀前高压氧气的剧烈压缩，在理论上可能产生接近于绝热压缩的温度，可采用式(1)，式(2)计算：- T (鲁) ㈩22 石油化工自动化 第 49卷t2- Tz- 273 (2)式中：，f2--压缩后温度，K；T --压缩前温度，K；Pz--阀前压力，MPa；P --阀后压力，MPa K--绝热指数；t2--阀后温度，℃。

表 3 氧气管道材质选用依据户≤o.6 -般诚 √分配主管上阀门 ×频繁操作区阀后，放散阀后o.6

1)氧气阀后 5倍公称直径(并不小于 1.5 m)范围内，气流紊乱，冲击剧烈；2)调节阀组前后各 5倍公称直径(各不小于 1.5 m)范围内，因氧气调节阀通径往往比管径小 1～2个等级，前后有变径管，阀口流速可达亚音速，气流冲击非常剧烈，摩擦生热严重，是爆炸事故多发源；3)氧压车间内部地位重要；4)放散阀后流速快，冲击诚 ；5)湿氧输送管道易生锈，危险部位。

例如煤气化装置，氧气阀门阀前压力 4.6 MPa(绝压)，温度 180℃，阀后 4.25 MPa(绝压)，K1.4。当阀门急剧打开时，阀后温升可按式(3)，式(4)计算：3×( )--459(K)(3)t2- 7 - 273- 186(℃ ) (4)由于此处阀门进出口压差较小，因而最终计算阀后温度与阀前温度相差不大。当阀门进出口压差较大时，阀后绝热压缩温度就会很大，若阀门材质选择不当，就可能达到材料的着火温度。几种金属在氧气中的燃烧温度、燃烧速度及抗燃烧能力见表 4所列。

第4期 付荣申.煤化工中氧阀的选型 23表 4 氧气管道材质选用依据注：燃烧速度栏中 1，2，3，4数字系安全等级评价。

1.4 阀门填料氧气阀门的填料应采用聚四氟乙烯或柔性石墨材料。聚四氟乙烯填料-般用于温度-180～200℃的诚；柔性石墨填料-般用于聚四氟乙烯无法使用的诚。

1.5 硬化处理控制空化流体和含有固体颗粒的流体，-定要对氧阀进行硬化处理，对于-般的常温常压流体也要参照图1进行硬化处理。需要注意的是非所有的氧阀都需要硬化处理，只有温度压力处于阴影范围内的阀门需进行硬化处理。、1.5 ～ 莹·o0挺200 -1OO 0 1OO 200 300温度/℃图 1 硬化处理对应的温压 曲线1.6 防静电及防火氧气管路阀门在开关时，不可避免的有各种摩擦，产生静电，从而产生火花，这是十分危险的 ，必须有防静电装置；氧气阀门也应为防火型，满足API 607第 4版要求，须有相关的防火认证。

2 阀门安装2.1 法兰和垫片氧气管道上的法兰应按国家、行业有关的现行标准选用，垫片宜按照表 5选用。

表 5 氧气管道法兰的垫片p/MPa 垫 片≤O.6 聚四氟乙烯垫片、柔性石墨复合垫片0.6

2.2 脱脂和禁油氧气阀门不允许有油污，油污在氧气中会引起失火或爆炸，因此，阀门应在研磨试压合格后进行脱脂，脱脂应满足《脱脂工程施工及验收规范》l1 。

脱脂前应将阀门拆成零件清除铁锈等杂物，浸入脱脂剂内 1.O～1.5 h。螺栓与金属垫片可采用同样方法脱脂。阀门壳体，可用擦拭法进行脱脂。氧气阀门必须有防尘和禁油隔离保护装置，并附有醒目的禁油标识，其阀杆应防止被油及灰尘污染。阀门安装过程中及安装后应采取有效的措施，防止受到油脂污染，防止可燃、锈屑、焊渣、沙土及其他杂物进入或遗留，并进行严格的检查。

2.3 其 他氧气调节阀前应设置可定期清洗的过滤器，氧气过滤器壳体应用不锈钢，内件应用铜及铜合金，在安装时应注意阀门的流向和定位正确无误。焊接阀门安装前应将阀门完全打开或取下阀盖件以防止阀门零部件的热变形，并应取下那些受热易损坏的软阀座及其他零部件，在焊接之后软阀座和其他易损坏部件应当装回原位。

3 结束语综上所述，氧气管线阀门的形式除了规定压力大于 0.1 MPa禁止使用闸阀外，其他阀门形式未做规定。阀门选型中最重要的是阀门材质的选择，决定阀门材质的关键条件为氧气的流速和压力。