煤直接液化工藝及耐磨閥門(mén)表面硬化技術(shù)研究

　　介紹了我國煤直接液化示范工程的工藝流程及其閥門(mén)的使用現狀。分析了在煤直接液化工況系統中閥門(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比分析過(guò)程和研究結果。

　　1、概述

　　煤直接液化工程的建設，可以充分利用我國的“富煤”優(yōu)勢，促進(jìn)我國能源結構的多元化發(fā)展。煤直接液化由于工藝特點(diǎn)，決定了其整套系統經(jīng)受著(zhù)嚴峻的考驗。國內的百萬(wàn)噸級煤直接液化示范工程自投產(chǎn)以來(lái)，關(guān)鍵設備和管線(xiàn)一直面臨著(zhù)磨損失效問(wèn)題。經(jīng)過(guò)國內外科研院所和各大公司的科技攻關(guān)和技術(shù)改造，整套系統的運行已相對穩定。閥門(mén)作為其中的重要設備，其使用壽命關(guān)聯(lián)著(zhù)系統的安全性，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(zhù)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(xiàn)，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(zhù)熱效率高、液體產(chǎn)品收率高的特點(diǎn)，但是其工藝過(guò)程的操作條件相對嚴格。

　　目前國內煤直接液化技術(shù)是在HTI 工藝的基礎上進(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(zhù)通過(guò)泵將混合之后的油煤漿輸送至反應系統。反應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，反應器底部設有循環(huán)泵，通過(guò)循環(huán)泵將沒(méi)有充分反應的油煤漿重新輸送至反應器繼續反應，以提高反應效率。分餾段主要是回收所有流出液體輸送至T-STAR單元，并將反應后的殘渣排出。

圖1 煤直接液化工藝流程

　　3、閥門(mén)現狀

　　3.1、失效原因

　　煤直接液化從煤漿制備到殘渣分離，整個(gè)系統過(guò)程中都充滿(mǎn)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)題十分嚴重。在摩擦學(xué)中，磨損的定義為材料表面相互機械作用或液體、含固多相流、固體顆粒等對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://likelearn.cn/）認為在煤直接液化工藝中閥門(mén)的磨損類(lèi)型主要包括高速沖蝕磨損、摩擦磨損、空蝕和液固低速磨損。

圖2 調節閥閥芯沖蝕磨損

　　5、結語(yǔ)

　　(1) 煤直接液化裝置設計時(shí)，應充分考慮整套系統的結構特點(diǎn)，合理布置相應功能的閥門(mén)。針對閥門(mén)出現的磨損、空蝕失效問(wèn)題，應從閥門(mén)結構設計上，防止空蝕問(wèn)題的產(chǎn)生；對閥門(mén)內部易受介質(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)控制器與執行機構的精度，確保閥門(mén)在啟閉、調節過(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(guān)裂紋，兩者呈冶金結合。激光熔覆層WC含量高于55%，硬度達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65HRC以上，其中部分WC顆粒存在團聚現象。