黑水闪蒸系统控制阀碳化钨阀芯设计探讨

黑水闪蒸系统控制阀碳化钨阀芯设计探讨

陈建强

吴忠仪表有限责任公司宁夏吴忠751100

摘要：在煤气化装置中，从气化炉底部设置黑色水调节阀至高压闪蒸罐，从洗涤塔底部设置黑色水调节阀至高压闪蒸罐。这些控制阀工作温度高，压降高，灰分最高。它们应该能够承受阀门压降引起的高流量，以及闪蒸溶解蒸汽、水和煤灰颗粒汽化引起的腐蚀和磨损。尤其是在第一阶段黑色的水从高压到直接降低到中、低压阀,因为大量蒸汽的过程,物流通过黑水闪蒸系统控制阀的节流组件非常高,导致阀内部的严重磨损,大大减少了阀门的使用寿命。

关键词：黑水闪蒸系统控制阀；碳化钨阀芯设计；

前言：高压黑水控制阀是煤气化装置中必不可少的关键设备。主要用于气化过程中的闪蒸和水循环系统。可控制气、液、固三相介质在高压差、强腐蚀性条件下的流动和压力。此外，由于其运行条件极其恶劣，使用寿命相对较短，维修频繁，成本较高，给设备的安全生产带来了很大的隐患。因此，有必要对高压黑水调节阀在使用过程中常见的故障进行分析和改进，以延长其使用寿命。

一、黑水闪蒸系统控制阀失效机理分析

1.在高温时,含有水,煤渣固体颗粒水通过控制阀阀座,液体压力低于饱和压力时,液体温度的当前输出阀后压力仍低于饱和压力,因此液体通过节流孔发生蒸发液体部分形成气泡两相流,有时合并和破坏。蒸发产生的裂缝和蒸汽。在空化过程和闪蒸的气泡破裂可引起强烈冲击力,损坏阀下部阀和管道,导致管道内表面侵蚀和调节器,以及降低吞吐量调节阀压差,特别是非常刚性阀杆、阀座。导致机械磨损和破坏，不可靠的阀门控制和阀杆撕裂。

2.侵蚀。腐蚀是金属相对于金属表面相对运动和腐蚀性液体的现象，是黑水循环系统中最常见的腐蚀机制，黑水中的水位于固体气体中。因此，材料的抗腐蚀性、介质液体阶段的悬浮液颗粒的硬度、形状和数量是影响磨料行为的主要因素。

二、黑水闪蒸系统控制阀碳化钨阀芯设计

1.阀内件材料的选择。碳化钨硬度高，常温、高温耐磨性好。其变形抗力非常强。量几乎是钢的2-3倍。其抗压强度远远大于抗拉强度，韧性差，易断裂。碳化钨的硬度与弯曲强度呈负相关，即硬度越高，韧性越差。同时，也是保证产品质量必须规定的关键性能参数。钴基碳化钨中材料的组成和晶粒尺寸也是影响碳化钨特别是力学性能的重要因素。根据内部破坏模式的黑色水阀,阀的振动引起的故障模式的核心是更加突出,所以阀芯应材质硬度应选择偏高,阀芯具有良好的韧性和硬度适中,并能有效防止脆性开裂的风险的阀心的前提下确保一定程度的耐蚀性。阀座和衬套的主要失效形式是局部或整体流道的严重腐蚀，由于其应力状态比阀芯好，对阀体和下游管道的危害更大。此外，烧结后的微观晶粒尺寸也是影响合金力学性能的重要因素。对碳化钨的断裂韧性与晶粒尺寸的关系进行了实验研究。影响高温下由碳化钨头和合金钢基体组成的阀芯结构可靠性的关键因素之一。

2.结构设计。在黑水闪蒸处理系统中，碳化钨阀芯的开裂或脱落尤为突出。本文主要研究了阀芯的结构设计。除上述碳化钨材料的性能外，碳化钨头与合金钢基体连接的结构形式直接决定了阀芯的耐久性和可靠性。目前，黑水角阀大多采用非平衡结构。当阀门打开时，进出口之间存在较大的压差，阀芯头部受出口方向不平衡力的影响。阀门开启时，含有大量硬固体颗粒的介质高速冲击阀芯，使阀芯承受一定的横向冲击载荷。当介质流经出口时，流速加快，形成湍流，并伴随着高压差下的闪蒸和空化，产生剧烈振动。采用钎焊的方法将碳化钨嵌入合金钢中。结构紧凑简单，制造工艺简单，抗震性能好。特别适用于小口径阀芯连接的设计。钎焊以其熔点低、对碳化钨的润湿性好、焊接应力低等优点，在国内外得到了广泛的应用。由于银基焊接温度低于铜基焊接温度，银基焊接工艺对接头附近碳化钨性能的影响较小，但银基钎焊不那么重要。焊接件的使用温度受限制，工作温度不能超过200℃。选用合金基体材料时，应尽量选用热膨胀系数与碳化钨相近的材料。结果表明，碳化钨焊缝硬度和断裂韧性随碳化钨晶粒尺寸的增大而增大，接头断裂方式随碳化钨晶粒尺寸的变化而发生较大的变化。根据核心的大小，合理选择厚度需要智能设计焊接前合金基质和碳化钨之间的径向间隙。间隙太小，不能使焊接均匀地填满焊接表面，这导致焊接强度不足、焊接强度过大、熔融剂无法产生足够的表面张力，从而导致焊接强度不足。对于较小的瓣膜心脏，可以控制瓣膜之间的间隙和阀杆上的焊接，以达到良好的润滑性能，从而产生良好的焊接性能。为了提高焊接效率，降低焊接过程对基础材料的影响，必须在焊接前进行适当的热处理，避免热处理碳化物钨，在真空加热炉中处理热处理。碳化物钨与合金钢矩阵结合，具有张力和效用，特别是圆形截面的结合，具有良好的可靠性，广泛用于将碳化物钨与合金钢结合。碳化物钨对相应部分的压力是易碎材料，具有很强的抗拉强度，因此，当与张力相互作用时，应将其视为内衬零件的张力，而金属零件由于抗拉强度高而应承受拉力。在设计与张力连接时，应根据实际消费需求计算，或者根据适当的标准选择合理的过剩。黑色水阀入口和出口之间的差异大,如阀芯结构不平衡时,阀开阀发生了非常大的努力,所以力量失衡,引起夹过剩,加上足以克服这些不平衡,也就是考虑到高温状态下,在碳化钨和热膨胀开始减少多余间隙、合理选择范围,避免过于小富张力,导致高温阀芯脱落,而相反,过大,安装过盈热加压装置衬里或导致预应力基础外钢裂纹。拉力耦合明智地利用碳化钨和合金钢的热膨胀系数之间的巨大差异，使碳化钨成为内置元素完全利用材料的特性，设计师可以根据工作条件选择合理的冗余，以确保可靠的连接。与设计和装配张力连接更容易控制，从而提高产品质量稳定。但是，根据热安装技术，金属合金材料的选择要求更高，材料需要高温和高温。

3.碳化物钨用于机械连接到合金钢基材。碳化物钨和合金钢基质可以直接通过具体结构的螺纹和合金钢基质，通过螺纹，然后通过火花或激光器处理销孔，使用内部螺纹的螺栓或弹壳将碳化物钨与合金基质与螺纹结合，然后用别针防止螺纹松动。使用联接结构紧固螺栓或螺钉,在热膨胀系数差异大与合金钢管基地条件,因此实际温度高,加热后螺栓变形大,容易造成变形、阀总体刚度衰减弱,碳化钨顶在振动和疲劳断裂和破坏风险非常大。因此，在高温下，由于不同材料的热膨胀，由于不同材料的热膨胀，导致化合物的松弛是直接影响化合物强度和可靠性的关键因素之一。一般来说，机械连接的结构很容易建立和维护，以合金为基础的材料选择较低，从而降低成本，特别是对于成本较高的大型阀门的一部分。充分了解黑水控制阀的工作条件、负荷和性能，优化机械连接的总体结构可以大大提高机械连接的可靠性。

结束语：分析了黑水控制阀碳化钨阀芯的主要影响因素。为延长碳化钨阀芯的使用寿命，避免因阀芯失效而停机，降低运行效率，设计人员和工程师应根据具体工况选择最佳的碳化钨连接方式。

参考文献：

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