1、煤化工行業
我國是一個富煤、貧油、少氣的國家，煤炭資源已探明儲量和可采儲量占全球比例分別為19%和38%；而我國石油已探明儲量和可采儲量占全球1.3%和4.6%。煤炭可開采129年、天然氣可開采43年、石油僅可開采15年。我國的石油緊缺和油品消費增大的矛盾日漸突出，對外依存度達50％，預測2020年將達到60％。對進口的依賴越發嚴重。2009年5月國務院下發《石化產業調整和振興規劃》中明確要求：積極引導煤化工行業健康發展，重點抓好煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇和煤制二甲醚等五類示范工程，這使現代煤化工產業在我國得到快速發展。
2、煤化工行業的特點
2.1煤化工概念
以煤炭為原料的相關化工產業被統稱為煤化工。
根據生產工藝和產品對象的不同可以分為煤焦化、煤電石、煤氣化和煤液化四條產業鏈。其中煤焦化、煤電石、煤氣化（合成氨制化肥）屬于傳統的煤化工產業。煤氣化制醇醚燃料和煤制液化燃料屬于現代煤化工領域，也即通常所說的“煤制油”。

2.1.2 煤化工的特點
1）易燃易爆易中毒的物質多。
2）高溫露天操作煙氣粉塵多。
3）生產工藝條件苛刻，高溫高壓、易沖刷、磨損、腐蝕等。
4）生產規模的大型化和生產過程的自動化。
2.2 煤制油工藝技術
2.2.1 煤制油和石化制油的區別
煤制油和石化制油的區別在于原料的不同。石化制油的原料是液態的原油，其工藝重點在于裂解過程。而煤制油的原料是固態的煤，其工藝重點在于氣化過程。氣化技術的發展由最早的魯奇爐、德士古水煤漿爐、殼牌干煤粉爐以及西門子GSP氣化技術，使煤的轉化率大大提高，對煤質的要求大大降低，高新技術的發展使工藝的穩定性和生產成本逐步趨于工業化、市場化、商業化。
2.2.2 煤制油的工藝方法
煤制油是以煤炭為原料，通過化學加工方法將固態的煤轉化合成為液態的石油燃料產品，其工藝可分為直接液化和間接液化兩種。直接液化是把煤炭先磨成煤粉與溶劑配制成油煤漿，然后在高溫、高壓、加氫處理的條件下轉化成油品。間接液化是先把煤炭在高溫下氣化，再在催化劑作用下加氫處理合成油品。
2.2.3 煤間接液化的工藝過程
煤的間接液化技術是先將煤全部氣化成合成氣，然后以煤基合成氣（一氧化碳和氫氣）為原料，在一定溫度和壓力下，將其催化合成為烴類燃料油及化工原料和產品的工藝，包括煤炭氣化制取合成氣、氣體凈化與交換、催化合成油或液體燃料-甲醇、二甲醚等烴類產品以及產品分離和改制加工等過程。合成條件較溫和，無論是固定床、流化床還是漿態床，反應溫度均低于350℃，反應壓力2.0～3.0MPa。煤間接液化的工藝流程圖見圖1-8-3。

2.2.4 煤直接液化的工藝過程
煤直接液化是在高溫（ 4 0 0 ℃ 以上） 、高壓（20～30MPa以上）條件下，在催化劑和溶劑作用下使煤的分子進行裂解加氫，直接轉化成液體燃料，再進一步加工精制成汽油、柴油等燃料油，所以又稱加氫液化。

2.3 煤化工控制閥的要求
2.3.1 概述
煤制油化工裝置與其他生產化工裝置一樣，主要是由反應爐的塔器、罐釜和管道組成的系統裝置，控制閥是其中重要的控制設備。核心裝置的控制閥需要承受的工藝條件具有高溫、高壓、臨氫、走氧、易燃、易爆、腐蝕、磨損、沖刷的特點，與一般石油化工裝置所使用的控制閥既有相同之點，又有不同之處。
2.3.2 煤化工惡劣工況控制閥的通用技術要求
煤化工惡劣工況使用的控制閥，由于介質中含有煤粉顆粒、催化劑等添加物，易受到介質的沖刷、磨損、腐蝕等損壞，下面從產品結構和制造工藝兩方面進行詳細闡述。
2.3.2.1 產品結構通用要求
1）控制閥結構的設計應避免煤漿結焦使閥門失效，要方便清洗。
2）采用金屬硬密封形式，且閥座與閥芯的材質相同，確保兩者有相同的膨脹系數在高溫的條件下不會出現閥‘卡死’的現象。
3）輸送顆粒介質的產品閥體流道需要噴涂耐沖刷、耐腐蝕涂層或嵌入硬質合金套。產品內件需要表面硬化處理，根據涂敷材質不同選擇噴涂、噴焊、整體燒結等處理方式。閥內件采用鍛造結構。
4）球閥閥座應采用刮刀式設計，球體轉動時可產生刮削作用，防止球芯與閥座間的顆粒沉積，但要防止因為銳角產生的應力集中，導致涂層的剝落使閥座損壞。
5）由于介質含顆粒、黏度大、易結焦，在最大壓差下，驅動軸應考慮足夠的安全裕量，軸上結構過渡要平滑，減少應力集中。
2.3.2.2 制造工藝通用要求
1）選用奧氏體不銹鋼，能抵抗高溫硫化氫的腐蝕，但有可能出現不銹鋼的氫脆、硫化物應力腐蝕開裂及堆焊層氫致剝離現象等損傷。選用Cr-Mo鋼的回火脆性破壞也需要加以注意。控制閥的材料要有較好的綜合性能，即材料內部的致密性、純潔性和均質性性能要好；化學成分、室溫和高溫力學性能要滿足設計規范要求，特別加強對C、S、P含量控制。生產過程中要控制好鑄造、鍛造、熱處理等關鍵工序。
對于鍛造閥門，會通過對鍛件的鍛造比、晶粒度等進行控制來實現致密度的要求；對于鑄造閥門因其原材料的選擇不同、澆冒口的設置、冷鐵位置與數量的選擇不同、凝固順序的差異，以及冷卻時間的不同，都會導致其致密度、均質性性能差別很大。
熱處理是閥門質量保證的非常關鍵的工序，熱處理爐的溫度控制、溫度均勻性、鑄件在熱處理爐中的堆放、保溫時間、冷卻方式與速度等因素都會影響最終閥門鑄件的機械性能。奧氏體不銹鋼進行固溶熱處理，采用空冷；對于321和347材料，還應進行穩定化熱處理。
2）閥門鑄件需進行射線探傷檢查。硬化密封面進行著色探傷檢查。
3）承壓鑄件的所有焊補面積總和應不超過鑄件的表面積的10%，補焊后需進行熱處理。
4）對于操作在高溫高壓氫環境下的閥門，在操作狀態下，閥門內壁中會吸收一定量的氫。在停工的過程中，若冷卻速度太快，使吸收的氫來不及擴散出來，造成過飽和氫殘留在器壁內，就可能在溫度低于150℃時引起亞臨界裂紋擴展， 對閥門的安全使用帶來威脅。
焊接閥門時需要控制δ鐵素體含量，以避免該含量過多時，在焊后熱處理過程發生較多的相變而產生脆性。
2.4 煤化工特種控制閥選型
2.4.1 概述
煤化工工藝根據產品的不同，主要工藝系統裝置也不一樣，如煤制甲醇分為輸煤系統、熱電系統、空分系統、氣化系統、低溫甲醇洗凈化系統、水冷串氣冷合成系統、甲醇精餾系統、水系統8大主系統。神華煤直接液化項目全部流程包括備煤、催化劑制備、煤直接液化、加氫穩定、加氫改質、輕烴回收、含硫污水汽提、脫硫、硫黃回收、酚回收、油渣成型、煤制氫和空分等裝置。這些裝置所使用的控制閥工藝條件最惡劣、安全性要求最高的是氣化系統、輸煤系統、空分系統、低溫甲醇洗凈化系統等系統，最有代表性的是鎖渣閥、灰水黑水閥、氧氣氮氣切斷閥、氧氣氮氣控制閥、煤漿閥（耐磨球閥）、放空閥、蝶閥、偏芯旋轉閥、智能閥門定位器等，下面對以上產品性能特點進行介紹。其他通用工藝裝置如熱電系統、水系統、消防系統等所使用的控制閥無特殊要求，不在本文介紹。
2.4.2 鎖渣閥（德士古氣化爐工藝）
2.4.2.1 鎖渣閥的控制和安裝工位
鎖渣閥也稱為鎖斗閥，一般采用氣動兩位開關球閥，是液態排渣的水煤漿，多元料漿和干燥粉氣流床加壓氣化裝置上最重要的閥門．每臺氣化爐設置3臺鎖渣閥，氣化爐激冷室或破渣機下部與鎖斗相連的管道上，即鎖斗入口側有2臺鎖渣閥，通常稱為上鎖渣閥，其中1號鎖渣閥受程序控制，大約30min開關一次，而2號鎖渣閥常開，在線備用，在1號鎖渣閥出現泄漏等故障時投入使用．當氣化爐激冷室液位低，引起氣化爐保安系統聯鎖動作時，1號鎖渣閥也聯鎖關閉，以防止氣化爐工藝氣竄入鎖斗系統造成不良后果．鎖斗排放口也有1臺鎖渣閥，通常稱為下鎖渣閥，該閥的出口與大氣相通，鎖渣閥受氣化爐的排渣程序控制，受高溫、高壓灰渣的直接磨蝕，開關頻繁，要求在高壓差情況實現雙向密封。

氣化爐內氣化壓力通常在2.7Mpa ～8.5Mpa，而渣池通大氣，要使爐內的灰渣排到渣池，必須將介質的壓力減至常壓。當2號鎖渣閥打開、下鎖閥關閉時，鎖斗與氣化爐處于一個系統，壓力相等，此時可以將氣化爐內的黑水收集到鎖斗；相反，當2號鎖渣閥關閉，而下鎖閥打開時，鎖斗與渣池處于同一系統，壓力相等，此時可以將鎖斗內的黑水排入渣池。

氣化爐內氣化壓力通常在2.7Mpa ～8.5Mpa，而渣池通大氣，要使爐內的灰渣排到渣池，必須將介質的壓力減至常壓。當2號鎖渣閥打開、下鎖閥關閉時，鎖斗與氣化爐處于一個系統，壓力相等，此時可以將氣化爐內的黑水收集到鎖斗；相反，當2號鎖渣閥關閉，而下鎖閥打開時，鎖斗與渣池處于同一系統，壓力相等，此時可以將鎖斗內的黑水排入渣池。

2.4.3.1 黑水和灰水控制閥使用的工位
1）閃蒸罐入口，對氣化爐和洗滌塔排出的黑水進行減壓閃蒸，壓差較大。
2）閃蒸罐的出口，控制閃蒸罐的液位，介質濃度較大，壓力低。
3）氣化爐出口，控制急冷室液位，高壓力、低壓差。
4）洗滌塔給水泵的旁路系統，最小流量保護，壓差較大。
2.4.3.2 技術要求
1）一般采用角式閥體，流道簡單，自潔性好，需用CFD軟件仿真流道，以減少高速流體在閥座與閥體結合處產生渦流，對閥體產生破壞。超大球形閥腔，流動對中，不偏離，無側面沖擊，流道內表面噴涂WC，減少在高壓差下，固液氣三相流介質，對閥體造成較大的沖蝕。
2）需要優化文丘里閥座型面，與閥座無縫連接，圓滑過渡，減少滯止點和死角，抑制渦流產生。閥座出口端加錐形管（用陶瓷或WC燒結）控制閃蒸和氣蝕，保證控制閥壽命。
3）閥芯閥座材質要進行硬化處理，如堆焊、噴焊、噴涂、整體燒結WC等，以防止閃蒸對控制閥造成的破壞。
4）選型時避免閥過渡縮頸，造成閥體內部流速異常增大而形成閃蒸，減少對閥的損壞。
5）閥桿材料一般選用不銹鋼，閥芯一般選用陶瓷或燒結WC，兩者連為一個整體，需要優化連接結構，避免閥頭脫落的問題。
6）國內煙臺美林公司開始生產陶瓷V球閥用于灰水控制工況。
2.4.3.3 國內外生產黑水閥、灰水閥的公司
國外：N E L E S 、F I S H E R 、M A S O N E I L A N 、SAMSON。
國內：重慶川儀、吳忠儀表、泉舜流控
2.4.4 氧氣 氮氣控制閥和切斷閥
2.4.4.1 氧氣 氮氣控制閥和切斷閥使用工位
1）氧氣總管流量控制閥。
2）通往每臺氣化爐的氧氣支管流量控制閥。
3）支管氧氣聯鎖雙重切斷閥。
4）氧氣放空管線控制閥。
5）高壓氮氣吹掃閥、高壓氮氣緩沖閥、中心管道
氮吹閥和氧氣管道相連。氧氣切斷閥及相關高壓氮氣切斷閥受氣化爐安全聯鎖系統的控制。在開車時．通過開車程序打開或關閉相關切斷閥。停車或故障時，自動切斷進氣化爐的氧氣管線并放空，然后用高壓氮氣吹掃、保護氧氣管線。
2.4.4.2 氧氣 氮氣控制閥和切斷閥的技術要求
控制閥選用直通類，切斷閥選用球閥。


1）氧氣高壓輸進有相當大的危險性，根據歐洲氣體協會（EGA）標準，氧氣管線若采用304不銹鋼材質，loMPa壓力下，速度限值為45m/s。要求采用整體法蘭， 密封型式為RJ。閥體材質至少采用316L，閥桿、閥芯及閥座材質應選用INCONELL合金。
2）具有防火防靜電結構。
3）閥內件全部采用鍛件，其中閥芯閥桿采用整體式。
4）選用防剝離石墨填料。
5）流道必須嚴格打磨光滑，需露出材料本色，徹底除去毛刺、粘砂等。
6）必須進行清洗、脫脂、禁油處理，做好防護和標志。
7）用氮氣進行強壓、泄漏的檢測；填料用氦質檢漏儀檢測泄漏低于300PPM。
8）鑄造閥體一般不允許補焊，需探傷檢驗。
2.4.5 偏心旋轉閥
2.4.5.1 偏心旋轉閥的使用工位
煤氣化裝置的激冷水泵、高壓回水泵、低壓回水泵等泵的出入口位置，介質為灰水，容易積渣結構；硫回收裝置的介質黏度較大，這些工位一般選擇偏心旋轉閥。

2.4.5.2 偏心旋轉閥的技術要求
1）偏心結構設計，減小磨損，延長壽命。
2）灰水幾乎沒有腐蝕性，所以閥體可用碳鋼材料，閥芯、閥座等基體材料用一般的奧氏體不銹鋼。
3）流道和球芯表面噴焊或噴涂耐腐蝕、耐沖刷、耐磨損材料。球芯也可以整體燒結碳化鎢或表面熔焊厚度達3mm以上的碳化鎢時，硬度可達HRC70°以上。
4）軸與閥芯連接用花鍵結構，提高閥桿和球芯的傳遞精度和傳遞扭矩的能力。
2.4.6.1 三偏心金屬密封調節蝶閥的使用工位
三偏心蝶閥主要用于大口徑場合。

1）空氣分離系統。
2）壓縮機防喘振。
3）凈化合成精餾系統。
4）控制洗滌塔去變換單元的合成氣流量，這些閥門關系到氣化裝置工藝氣正常輸送以及變換單元的正常生產。
5）氣化裝置洗滌塔頂部合成氣去火炬系統，采用三偏心金屬密封切斷蝶閥，這些閥門關系到氣化裝置開停車以及裝置正常運行時系統壓力的穩定。水洗塔出口合成氣有2個分支，一個分支是在開停車時，合成氣放空到火炬系統， 閥正常運行時，保證壓力穩定，在此分支設計1臺三偏心切斷蝶閥；另一個分支是開車后將合成氣送到下游的變換裝置，在此分支中，設計1臺三偏心控制閥（帶切斷功能），以調節合成氣壓力，并根據需要切斷下游系統。它受聯鎖系統控制，作隔離切斷用。
2.4.6.2 三偏心金屬密封調節蝶閥的技術要求
1）合成氣中含有濕的H2S，閥門、內件和所有與物料接觸的部分應遵照NACE MR 0175選用。閥體材料選用316 L。
2）閥門采用整體法蘭，以方便拆除和維修。
3）閥門泄漏量級別相當達到美國ANSI/FCI70-2的Class V級，不能低于Ⅳ級，僅正向滿足密封要求。
4）閥板、閥座材質選擇SUS316 SS硬化處理，如堆焊司太立合金6號、噴焊鎳基合金。
5）閥門所有流道包括閥門法蘭密封面應進行噴涂硬化處理。
6）根據功能需要組成功能系統（如壓縮機防喘振等）。