設計汽液兩相流疏水器注意這6點，壽命可延長

設計汽液兩相流疏水器注意這6點，壽命可延長

在水煤漿氣化工藝中，氣化爐與洗滌塔內的汽液兩相流疏水器是整個工藝中不可缺少的組成部分。由於極其惡劣的工況讓汽液兩相流疏水器的使用壽命非常短，只有1個月到3個月不等。所以，透過設計儘量延長其使用壽命很關鍵。

黑水是水煤漿氣化工藝洗滌塔、氣化爐生產過程中的伴生產物。工藝上需要對黑水進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，固體顆粒成為調節閥設計中首當其衝的難點，會讓零件表面出現凹坑、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區域性介質的流速，會產生渦流、湍流，造成管道和閥腔產生振動、發出噪聲。固體顆粒的另一方面危害是沉降問題，可能導致閥杆與導向卡死，影響閥杆的穩定性。閥杆表面的磨損與刮傷也會影響調節閥上部填料與閥杆密封的效果，造成黑水外漏、有毒氣體逸散等生產事故發生。

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節閥內壁及零部件產生沖蝕作用，弱化零部件表面金屬氧化保護層。液體在高壓作用下，首先會衝擊調節閥腔內部的平衡區域，導致隔板出現裂紋、貫通等問題。閥腔的流道形狀會影響阻塞流的產生、區域性渦流和紊流的產生，影響閥門流通能力、調節能力，也對閥體的振動、噪聲等有影響。黑水液體的衝擊還直接影響閥內零部件的強度。

氣相方面，汽液兩相流疏水器面臨高壓差工況，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，閃蒸現象造成的流體體積急劇變化，也會使管道及下游工藝裝置管口振動，導致下游裝置出現設計意料之外的問題，損傷下游裝置，發生嚴重的生產事故。

針對以上工況特點，汽液兩相流疏水器在設計時要注意以下幾點：

第一，要確定調節閥的結構型別。理想的調節樣式有直通或角式兩種模型。應選擇具有平滑轉向、不易沉降的角式調節閥，流向應選擇側進底出。角式調節閥能很好地引導介質的流動，在閥門開啟時介質幾乎不受到任何阻力就可流出調節閥，能最大限度地減少介質對調節閥的衝擊。

第二，要降低固體顆粒對零件的衝擊。降低零部件受到的直接衝擊有兩方面解決方案。一是提升零件強度與加粗閥杆直徑。最簡單直接的方法是在關鍵衝擊點噴塗硬質合金、零件通體採用硬質合金來提升零部件壽命。二是疏導流動方向。零部件暴露於流體通路中，在設計中對介質流動方向進行疏導或對零部件的流動結構進行最佳化，可讓零部件不直接承受衝擊。對通路進行疏導，流體進入閥芯前先透過彎曲流道，使流體與閥芯形成一定角度，可大幅弱化對閥芯徑向的衝擊，也可減少震動。應減少零部件的突起、臺階、凹槽，將零部件最佳化為具有一定角度、弧度，使閥腔儘可能最佳化為彎頭理想模型。

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。一是減少結構性沉積。沉積後的閥腔結構就是流體最終流過的形狀，可根據沉積的結果最佳化流道。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死角、零部件易沉積的臺階等，使流體在流動過程中自發將固體顆粒帶出閥腔內部，減少閥腔內部的結構性沉積。將閥腔與零部件設計成與液體流向一致的結構，最佳化零部件直邊、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，有助於減少固體顆粒沉積，改善閥腔結構的流通能力。二是在可能發生沉積的位置設計疏導結構。閥腔結構與零部件表面設計要考慮靜態疏導或排汙結構，可以在閥腔內部易沉積位置設計排汙口，如曲面、傾斜、凹坑等可鑄造結構，透過重力引導固體顆粒向排汙口聚集，也可以利用流體沖刷沉積位置，實現輔助清理作用。零部件表面則可以利用溝槽、環槽等颳去附著於零部件表面的固體顆粒，防止因固體顆粒的侵入而卡死。固體顆粒附著於配合表面無法避免，可以採用螺旋環槽+豎直溝槽的設計思路，將部分附著於配合表面的固體顆粒颳去。已經進入配合表面的顆粒可以透過液體沖刷及重力順著環槽排出，降低故障卡死機率。

第四，降低液體的腐蝕作用。基礎管道可考慮使用含碳量較低的耐腐蝕碳鋼或不鏽鋼。彎頭、變徑法蘭處易沖刷的重點部位應採用不鏽鋼基底，可以堆焊或噴塗，加強管道的耐沖刷與耐腐蝕效能。汽液兩相流疏水器承壓作用大於調節作用，可使用耐腐蝕、結構強度高的奧氏體不鏽鋼或雙相不鏽鋼，在流體轉向、密封等主要衝刷點增加區域性厚度，保證承壓長度與可靠性。

第五，要解決液體衝擊問題。不合理的流道設計會讓內牆部分隔板承受不必要的衝擊，使閥腔內部產生渦流、紊流，衝擊閥芯、閥腔，引起震動以及造成閥腔內部隔板損傷。解決辦法是閥體採用更好的流線型結構。可參考固體顆粒沉積位置設計，改善流道的流暢程度。流道設計重點是液體穩定流出閥體，也可適當增加流道迴流、分流能力，讓閥體內腔均勻承載液體壓力。迴流、分流可減少閥芯單側壓力，有助於穩定閥芯。

第六，應對閃蒸、空化問題。如果在閥門出口加設降噪板，提高閥門出口壓力，降低閥座出口壓差，可控制液體在當前溫度下的飽和蒸氣壓，改善液體氣化條件。但是，降噪板後的壓力依舊很高，會對下游管線及閥門造成二次衝擊。流速高、體積大將使下游管道劇烈震動，有可能損傷下游裝置入口。可行的辦法是在內部閥座出口加裝文丘裡擴徑管，加長文丘裡擴徑管長度，將氣化現象控制在高強度的文丘裡管內，保護下游管道及裝置。同時，可增加閥座、閥芯、文丘裡管處的強度，透過噴塗硬質合金或通體採用硬質合金，增強區域性結構強度。外部，可在文丘裡管後加裝大口徑緩衝罐，在下游管道加厚或堆焊、噴塗硬質合金等耐磨材料等。