郭慧玲
国家能源集团鄂尔多斯煤制油分公司 017209
摘要：神华煤直接液化催化剂装置建成开工于2008年，是煤直接液化关键技术的重要组成部分。该装置在设计和建设时为全球首套，没有成熟的先例可以借鉴，只能根据工艺要求对现有条件进行整合。自建成投产以来，历经二十周期的开停车，装置管道及阀门磨损严重。本文主要针对装置内管道阀门易磨损因素进行分析说明。
关键词：催化剂、管道、阀门、磨损、分析
1.煤直接液化催化剂制备装置简介
煤直接液化催化剂采用的是新型高效的“863”合成催化剂，“863”合成催化剂是国家高新技术研究发展计划（863计划）的一项课题成果，性能优异，具有活性高、添加量少、油收率高等特点，该类型催化剂的研究和开发是进一步降低煤炭直接液化成本和反应苛刻度并提高煤液化收率的关键技术之一。“863”合成催化剂由中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司煤直接液化催化剂制备装置（以下简称煤直接液化催化剂制备装置）生产，以硫酸亚铁、液氨为原料，煤粉为载体，用化学合成的方法制备，经粉碎、过滤、干燥以及气力输送等工艺过程，将催化剂原料加工为煤液化装置配套提供合格高效煤直接液化催化剂。
2.煤直接液化催化剂制备装置管道易磨损因素分析和对策
2.1料浆管线磨损机理分析
(1)作用载荷在接触区产生的应力未超过材料的屈服极限时，配对体的突部材料发生弹性挤压，在这种情况下，材料的破坏只可能是康擦疲劳所引起。
(2)当接触应力达到屈服极限，璧面材料环绕磨拉压陷突部流动时，材料发生塑性挤压。在这种情况下，磨损将由低循环磨擦疲劳所引起。
(3)当接触应力或接触变形达到破坏值(变形材料环绕突部流动的状态受到破坏)时，发生微切削。在这种情况下，磨损发生在相互作用的初期。
2.2料浆管线磨损因素分析
（1）流体的固含量：装置内输送约17.25%~40%不同浓度的物料，根据现场拆检情况看，固含量越高的部位磨损情况越严重，流体内固体含量越高与管线内壁接触部位形成的冲击频率越高。
（2）流体的流速：流速高的部位（泵出口，管线调节阀前），流体内固体对管线内壁的冲击动能越大，冲击强度越高，磨损情况也越严重。
（3）弯头的角度：现场煤浆管线的布置角度最小为90°，弯头的角度越大，流体流经弯头的动能损失越小，流体内固体对管件内壁的冲击也越小。管件的磨损也较轻微。
（4）管件内部的平整度：管件连接的法兰、弯头和三通的焊缝是生产中最易发生磨漏的部位，流体在流动过程中，其中的固体颗粒对管线内壁的不平整部位最易造成冲击，在管件内凸起和凹陷处形成小涡流，加大对管件连接处的磨损。
2.3料浆管线磨损应对措施
(1)调整料浆输送压力
水煤浆在管内流动，压力沿管长逐渐降低，管道前部压力高，磨损较快;后部压力低，磨损很小。管道越长,前后端的压力差越大，输浆系的功率要求很高,而且管道前部麼损铰大。对于长距离输浆管道，可以建立恰当数目的中间泵站，进行分级系送，这样保证输浆压力不会很高，因而把磨损量控制在一定限度内。
(2)控制料浆输送速度
选取管道输浆的浆体流速时，主要是控制流动阻力，从而得出了经齐管径和经济流速。在磨损较大的远程高压输送时，最佳经济管径的选取不仅要使流动阻力减小，而且还应考虑到控制磨损量最小。所以对部分的料浆泵安装变频器对出口的流量进行变频调节，可降低流速减轻磨损。
(3)易磨蚀管线定期监测
对装置内的重点易磨损部位进行定时定点管壁厚度测量，监测管线及管件的磨损情况，对管线使用寿命的测算提供重要依据。
3.煤直接液化催化剂制备装置阀门易磨损因素分析和对策
3.1自循环管线阀门磨损原因及应对措施
装置内各罐槽在泵出口三通后设置自循环管线，主要作用是在后续工段出现故障时罐槽内物料可以保持一定的流速防止料浆中的固体颗粒沉积，另外在正常生产时也可以增加反应时间，保证反应效果。自循环一般由三通管件引出流经自循环控制阀门和弯头最后回到物料储罐。自循环管线的管径低于正常的出料管径，在后续工段故障处理中，泵出口流量全部由自循环回流至罐槽内，料浆流速高于正常生产时出料管线流速。自循环控制阀门一般使用球阀或截止阀，生产时完全关闭会造成自循环阀前部分完全不流动，物料沉积堵塞。完全打开的会造成料浆泵超负荷运行，或出料管线流量不足的情况。所以，在生产过程中，自循环阀门常处于限流半开状态，一般使用6个月左右就会发生比较严重的磨损。其原因主要为一定流速的料浆在流通面积变小时流速增加，流经的料浆中的固体颗粒对限流凸出的阀门内件造成冲蚀磨损。
为减轻自循环阀门的磨损问题，自循环阀门前安装不同孔径限流孔板，提前降低管线中料浆的流速，以减轻对后续阀门内件的磨损。此项改进使自循环阀门的使用寿命由6个月延长至10个月以上，更换周期与装置的大修周期同步，缩短了装置的检修时间。
3.2料浆调节阀构件磨损原因及应对措施
装置内料浆管线调节阀一般使用偏心旋转阀，其工作原理就是一个偏心转动的扇形球阀，利用偏心球冠与阀座相切，打开时，球芯脱离阀座；关闭时，球芯逐步接触阀座，使球对阀座产生压紧力。阀体和阀芯材质为不锈钢，其中阀芯和阀座等易磨损部位喷涂硬质合金，做耐磨处理。
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图3-1料浆调节阀构件
因为料浆含固、调节阀作限流原因，阀芯、阀座等过流部位的冲蚀磨损。阀芯和阀座喷涂碳化钨耐磨涂层，一般使用周期约为10个月左右，到期拆检重新喷涂耐磨涂层。也有部分调节阀磨损较为严重，如氧化反应器出料调节阀，使用周期约为2~3个月即需要更换，影响装置的稳定运行。绿色曲线显示阀门的流量特性为线性，阀门的开度小，流量调节变化灵敏。但是较小的开度造成过流截面积非常小，物料流速极高，内含的固体颗粒对阀芯和阀座的冲击非常严重，造成阀门内件的使用寿命很短。
为缓解阀门的磨损，在泵出料管线安装限流孔板，降低物料流速；出料泵加装变频器，调整至90%转速运行，对阀芯及阀座的耐磨喷涂材料不断的更换实验；一定程度上延缓了阀门的磨损情况。使用周期最长延至6个月左右。
4.结束语
煤直接液化催化剂的研究和开发是降低煤直接液化成本，提高液化油收率的关键技术之一。具有自主知识产权的煤直接液化高效催化剂研发成功，极大地推动了我国煤直接液化技术的发展，但因其制备工艺特性造成装置区域内普遍存在磨蚀现象，通过对典型区域管线阀门磨蚀机理的分析，采取构件优化、操作优化等多种措施，从而延长管线阀门使用寿命，确保了装置的长周期安全稳定生产。
参考文献
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[2] 张学林. 煤炭加工与综合利用，1991，(3)：32
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