Los procesos químicos del carbón requieren prácticas operativas suaves y seguras, con válvulas de control emergiendo como componentes fundamentales. Estas válvulas desempeñan un papel indispensable en las aplicaciones químicas del carbón y funcionan en condiciones adversas. Sus funciones típicas abarcan la gestión de flujos multifásicos que comprenden componentes gaseosos, líquidos y sólidos, todo dentro del desafiante contexto de altas temperaturas, presiones y entornos corrosivos. Este artículo proporciona un análisis completo de varias válvulas de control clave en distintas áreas de equipos dentro de la industria química del carbón.
Comencemos por comprender el panorama actual de aplicaciones de las válvulas de control dentro del sector químico del carbón. Los escenarios específicos donde las válvulas químicas de carbón encuentran aplicación abarcan:
1. Transporte de lodos de carbón (polvo), incluidos lodos de carbón con agua (licuefacción indirecta) y lodos de carbón con aceite (licuefacción directa).
2. Sistemas de soplado de hollín.
3. Sistemas de tratamiento de aguas residuales.
4. Sistemas de descarga de escorias.
Las sustancias manejadas por las válvulas químicas de carbón poseen varios atributos:
1.Temperaturas elevadas del medio, con temperaturas de transporte que alcanzan los 350 °C.
2. Dinámica compleja de flujo multifásico gas-líquido-sólido.
3. Altas presiones operativas, con diferenciales de presión superiores a 10 MPa, lo que genera velocidades significativas del medio.
4. Medios cargados con potentes agentes corrosivos como iones de cloruro, amoníaco, sales de potasio, sulfuro de hidrógeno o ácido fosfórico.
La utilización actual de válvulas en el sector químico del carbón se divide en dos categorías principales:
1. Las válvulas críticas para las instalaciones químicas del carbón dependen en gran medida de las importaciones. Los desafíos como los altos costos, la vida útil corta, las paradas frecuentes debido a complicaciones relacionadas con las válvulas y las distancias geográficas de las plantas de fabricación de China contribuyen a los cuellos de botella operativos.
2. Las instalaciones químicas de carbón actuales requieren paradas de mantenimiento cada 3 a 6 meses. Las válvulas de control cruciales sufren erosión y corrosión severas, lo que dificulta las operaciones estables a largo plazo y sirve como cuellos de botella operativos.
Área de Equipos de Calderas:
Válvula de control de agua de alimentación: Esencial para el control preciso del nivel de agua del tambor, estas válvulas funcionan a altas presiones (16 MPa) y temperaturas (220 °C). Soportan una erosión notable, lo que subraya la importancia de la selección adecuada de la válvula. Los internos de válvula guiados por jaula son la opción recomendada. Las conexiones soldadas del vástago del obturador de la válvula superan las roscas, los pasadores o los pernos con tapa para impedir el desprendimiento bajo la erosión de alta presión.
Válvula de flujo mínimo para bomba de agua de alimentación de calderas: estas válvulas son componentes de control de seguridad fundamentales para bombas de agua de alimentación de alta presión, que se caracterizan por un diseño y una fabricación desafiantes debido a los altos diferenciales de presión (hasta 16 MPa) y temperaturas (220 °C). Las válvulas de control de manguito con posicionadores se emplean como alternativas en algunas instalaciones, pero provocan vibraciones y erosión. Las válvulas de flujo mínimo verdadero son autoactuadas, a menudo equipadas con tapones revestidos de carburo de tungsteno y con revestimiento de cuerpo soldado con aleaciones de estelita.
Válvula de reducción de presión de vapor: Recomendadas para reducir la presión de 9,8 MPa a 1,0 MPa, las válvulas de manguito estilo laberinto de CCI sobresalen debido a su rendimiento y tecnología superiores en la estructura y fabricación del manguito. Las conexiones óptimas entre el vástago de la válvula y el obturador evitan pasadores y roscas, favoreciendo las opciones integrales o soldadas.
Las marcas importadas pueden incorporar difusores o placas de orificios de reducción de ruido en las entradas o salidas de las válvulas, lo que sirve para reducir la presión pero puede causar problemas importantes. Estas válvulas suelen estar soldadas a tuberías, donde el daño de la placa de orificio puede ser crítico para el sistema. Además, su eficacia de reducción de presión y reducción de ruido disminuye notablemente bajo cargas bajas, lo que requiere una selección cuidadosa.
Área de la unidad de separación de aire:
Válvulas de baja temperatura: estas válvulas, cruciales en entornos de baja temperatura, son tecnológicamente maduras y se pueden fabricar tanto a nivel nacional como internacional. Las marcas familiares incluyen Flos, Fisher, Yamatake y Koso. Estas válvulas requieren vástagos extendidos y consideraciones meticulosas para el sellado y la selección del material, a menudo favoreciendo el 316 como material principal.
Válvula de alivio de oxígeno: estas válvulas descargan oxígeno rápidamente durante situaciones de sobrepresión en la unidad de separación de aire. Debido a los altos diferenciales de presión, la acción rápida y las tasas de flujo sustanciales (dependiendo de la carga de diseño de gasificación), los materiales especiales son obligatorios. Dadas las características del oxígeno, los materiales que no sean 316L son típicos, como Inconel 625 o Monel 500 y superiores. Los tipos de válvulas abarcan válvulas de globo, válvulas de manguito y válvulas de bola, siendo las válvulas de bola generalmente menos favorecidas debido a los costos más altos. Las válvulas de globo y las válvulas de manguito se combinan bien, dado el alto diferencial de presión, lo que requiere fuerzas de actuador más sustanciales y vástagos de válvula más gruesos que dan como resultado tiempos de actuación prolongados.
Válvulas de tres vías para sistemas de purificación de tamices moleculares: Para la regeneración de tamices moleculares, que a menudo involucra tuberías grandes (diámetros superiores a 900 mm, a veces hasta 1500 mm), se eligen válvulas de tres vías. Estas válvulas exigen cero fugas y pueden presentar un sello unidireccional. Las válvulas de mariposa, en particular las válvulas de mariposa de triple excentricidad, son opciones frecuentes para la estanqueidad debido a los grandes diámetros de las tuberías.
Unidad de Gasificación Área:
Sistemas de pulpa de carbón y polvo de carbón: Las válvulas de bola se prefieren para los sistemas centrados en la pulpa de carbón, donde las válvulas controlan la circulación y el corte de la pulpa. Estos sistemas adoptan diseños de bola fija de sellado duro bidireccional, que a menudo contienen componentes internos fabricados con materiales de grado 316 o superior. Las consideraciones para el endurecimiento incluyen nitruración y soldadura superpuesta de aleación de estelita. Los sistemas que usan polvo de carbón prefieren las válvulas de bola debido a su complejidad y desgaste severo. Son comunes diseños similares de bola fija de sellado duro bidireccional con materiales como 316 y opciones de grado superior. La nitruración, la soldadura superpuesta de aleación de estelita o el recubrimiento de carburo de tungsteno son métodos de endurecimiento factibles.
Conclusiones clave:
La selección cuidadosa de los cojinetes evita la entrada de polvo de carbón, lo que evita el desgaste acelerado de las válvulas. Las opciones de material del resorte del asiento, en particular para las válvulas de mariposa, deben priorizar el acero de alta velocidad como el SKH-23.
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