煤直接液化工藝及耐磨閥門(mén)表面硬化技術(shù)研究

　　介紹了我國(guó)煤直接液化示范工程的工藝流程及其閥門(mén)的使用現(xiàn)狀。分析了在煤直接液化工況系統(tǒng)中閥門(mén)的磨損失效形式以及表面硬化工藝的分類(lèi)和作用。給出了閥門(mén)表面激光熔覆和火焰重熔硬化工藝的對(duì)比分析過(guò)程和研究結(jié)果。

　　1、概述

　　煤直接液化工程的建設(shè)，可以充分利用我國(guó)的“富煤”優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的多元化發(fā)展。煤直接液化由于工藝特點(diǎn)，決定了其整套系統(tǒng)經(jīng)受著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。國(guó)內(nèi)的百萬(wàn)噸級(jí)煤直接液化示范工程自投產(chǎn)以來(lái)，關(guān)鍵設(shè)備和管線一直面臨著磨損失效問(wèn)題。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外科研院所和各大公司的科技攻關(guān)和技術(shù)改造，整套系統(tǒng)的運(yùn)行已相對(duì)穩(wěn)定。閥門(mén)作為其中的重要設(shè)備，其使用壽命關(guān)聯(lián)著系統(tǒng)的安全性，而耐磨閥門(mén)的表面硬化方法和材料的選擇，又直接影響著閥門(mén)的性能和工作壽命。

　　2、工況分析

　　煤炭液化技術(shù)是將固體煤炭經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化成液體燃料、化學(xué)品或化工原料的一種先進(jìn)清潔煤技術(shù)。其有兩種不同的技術(shù)路線，包括直接液化和間接液化。其中煤炭直接液化是在高溫、高壓條件下，使煤粉在催化劑和溶劑的作用下進(jìn)行加氫裂解，直接轉(zhuǎn)換成液體燃料，通過(guò)進(jìn)一步加工精制成柴油、汽油、航空煤油等的工藝過(guò)程。其有著熱效率高、液體產(chǎn)品收率高的特點(diǎn)，但是其工藝過(guò)程的操作條件相對(duì)嚴(yán)格。

　　目前國(guó)內(nèi)煤直接液化技術(shù)是在HTI 工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的，其工藝流程如圖1所示。煤液化工藝主要分為煤漿制備工段、反應(yīng)段和分餾段三個(gè)工段。煤漿制備工段主要是將原煤加工成200μm 以下的煤粉，將煤粉與供氫溶劑混捏，然后促使油煤漿與催化劑混合，接著通過(guò)泵將混合之后的油煤漿輸送至反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)工段則是在一定的溫度、壓力條件下，在催化劑的作用下，煤漿與供氫溶劑和氫氣進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)器底部設(shè)有循環(huán)泵，通過(guò)循環(huán)泵將沒(méi)有充分反應(yīng)的油煤漿重新輸送至反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，以提高反應(yīng)效率。分餾段主要是回收所有流出液體輸送至T-STAR單元，并將反應(yīng)后的殘?jiān)�排出�?/p>

圖1 煤直接液化工藝流程

　　3、閥門(mén)現(xiàn)狀

　　3.1、失效原因

　　煤直接液化從煤漿制備到殘?jiān)�分離，整個(gè)系統(tǒng)過(guò)程中都充滿了煤粉、催化劑顆粒、礦物質(zhì)等固體顆粒。這些顆粒物形成的含固多相流使得處于高溫、高壓差狀態(tài)下的閥門(mén)所面臨的流動(dòng)磨損問(wèn)題十分嚴(yán)重。在摩擦學(xué)中，磨損的定義為材料表面相互機(jī)械作用或液體、含固多相流、固體顆粒等對(duì)材料的沖蝕作用使得原始材料從基材表面脫離的過(guò)程。真空技術(shù)網(wǎng)（http://genius-power.com/）認(rèn)為在煤直接液化工藝中閥門(mén)的磨損類(lèi)型主要包括高速?zèng)_蝕磨損、摩擦磨損、空蝕和液固低速磨損。

圖2 調(diào)節(jié)閥閥芯沖蝕磨損

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　(1) 煤直接液化裝置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理布置相應(yīng)功能的閥門(mén)。針對(duì)閥門(mén)出現(xiàn)的磨損、空蝕失效問(wèn)題，應(yīng)從閥門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，防止空蝕問(wèn)題的產(chǎn)生；對(duì)閥門(mén)內(nèi)部易受介質(zhì)沖蝕磨損的部位進(jìn)行表面硬化處理，提高閥門(mén)的抗磨損能力。

　　(2) 提高閥門(mén)控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度，確保閥門(mén)在啟閉、調(diào)節(jié)過(guò)程中，截流件能夠啟閉到位，從而避免因啟閉不到位而產(chǎn)生的磨損失效問(wèn)題。

　　(3) 激光熔覆工藝試驗(yàn)中，基體、熔覆層顯示清楚，界面處成分有梯度，無(wú)夾渣、無(wú)微觀裂紋，兩者呈冶金結(jié)合。激光熔覆層WC含量高于55%，硬度達(dá)65HRC以上，WC 顆粒分布均勻�；鹧嬷厝鄣娜鄹矊覹C 含量約為40%，硬度達(dá)65HRC以上，其中部分WC顆粒存在團(tuán)聚現(xiàn)象。