工况介绍
  壳牌煤气化工艺SCGP(Shell Coal GasificationProcess)是干煤粉加压气化洁净煤技术的一种，具有适用原料煤种范围广，煤气化效率高，运行周期，单炉生产能力大，环境污染小等特点，主要用来制氢、合成氨和制甲醇等[1]，SCGP 以干煤粉为气化原料，纯氧为气化剂，高压N2 或CO2 为输送气，液态排渣，主要分为磨煤及干燥单元、粉煤加压与输送单元、气化单元、除渣单元等。其中粉煤加压与输送单元作为将煤粉从常压系统输送到高压系统的过渡单元，需要频繁的充压、泄压操作，对阀门的耐磨性、密封性都有较高要求。
  工艺流程
  SCGP 粉煤加压与输送单元工艺流程示意图如下图 所示
SCGP 粉煤加压与输送单元工艺流程示意图

  该单元的粉煤贮仓为低压系统，粉煤给料罐与气化炉相连，为高压系统，粉煤锁斗连接粉煤贮仓和粉煤给料罐，压力在常压和高压之间交变。干燥煤粉从
  粉煤贮仓通过重力作用进入粉煤锁斗，达到料位后，关闭锁斗切断阀，将其与所有的低压设备隔离，用高压N2 将其压力升至与粉煤给料罐平衡，再打开煤锁
斗与煤进料罐之间平衡管线的高压平衡阀。一旦粉煤给料罐达到低料位，打开锁斗排料阀卸料。卸料完毕后，将锁斗与粉煤给料罐隔离，压力通过泄压管线分两次卸至接近常压，然后打开锁斗上部的锁斗切断阀及低压平衡阀(9)，接受粉煤贮仓的煤粉，锁斗充装完毕后，再次充压，等待下一次的卸料信号。
  操作条件
  该单元阀门的操作介质为煤粉加高压N2。操作温度80 ℃~130 ℃，操作压力常压~4.7 MPa。锁斗主管线以及平衡管线阀门的动作压差≤0.3 MPa，泄压管线
  上阀门动作压差最大4.7 MPa，关闭压差最大4.7 MPa，动作频率2 次/h。阀门的口径从DN40 mm 到DN300 mm，压力等级均为Class600。为保证系统的可靠性，重要位置一般都采用硬密封球阀双阀串联的方案。
  煤粉锁斗阀及平衡阀的技术要求
  锁斗阀和平衡阀的密封性能关系着整个装置能否进行正常的充压、泄压操，要求阀门密封面能够承受开关过程中煤粉的磨损和冲刷，能保持长久可靠密，要求为严密关断切断阀(TSO 阀门)，泄漏等级在EN12266-1RateC 或ANSI Class VI 的级别。阀门如果出现严重内漏，将导致煤锁斗不能正常充压，无法向给料罐正常下煤;或者给料罐向煤锁斗窜气，无法向气化炉正常给料。阀门的使用寿命要求开关动作20 000 次以上，动作时间小于10 s。
  原选用的硬密封球阀的使用情况及故障分析
  某公司煤直接液化制氢装置中，粉煤加压与输送单元共安装进口浮动球和固定球球阀40台，从2009 年至2012 年，共维修133 次。高压平衡管线共安装16 台阀门，维修53 台次，年均每台阀维修1 次。其他工位阀门共维修80 次，年平均每台阀维修0.8 次。大部分故障都是阀杆断裂、碟簧翻转、阀座卡滞、内漏、连接件断裂、连接变形、执行机构磨损等严重故障。
  分析原因，除阀门本身设计制造方面的因素外，还与重要工位两个双向密封硬密封球阀串联的配置有关。在阀门出现内漏、外漏、开关不到位时，这种配置方式会导致在煤锁斗频繁的充压、泄压过程中，阀门超额定压差工作，打开扭矩成倍增加。阀门密封面在开启瞬间承受很大的比压，密封面磨损加剧，负载加大，连接件变形，传动系统精确度降低。阀门关闭时，承受近4.7 MPa 的压差，一旦阀门出现明显内漏或者关闭不严，高压气体带着超细煤粉形成高速微小气流冲刷密封面，密封面在较短的使用周期内，就有可能发展成贯穿性泄漏，出现大的凹槽，阀内件和阀体就会出现严重冲蚀破坏而无法修复，甚至彻底报废。
  解决方案
  用陶瓷阀门可以解决以上的诸多问题。陶瓷阀门的高硬度材料可以大幅提高抗冲刷能力，在小开度情况下减小高速气流对密封面的损伤。
  增加刮刀设计减少微粉进入密封面。
  改选其它形式阀门，这种工况下的阀门有另外几种选择，比如双闸阀、滑板阀和圆盘阀。在类似的环境下工作都有不错的表现。