一种流体输送管路安全阀的自动冲洗系统

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一种流体输送管路安全阀的自动冲洗系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及管路清洗技术，具体为一种流体输送管路安全阀的自动冲洗系统，主要适用于含固体颗粒流体的高压管路输送。\n背景技术\n[0002] 泄漏是安全阀应用中常见的故障。泄漏的原因有多种，而当密封面上积存固体颗粒、结晶物或结焦时，往往会造成阀门的内泄漏。比如在煤直接液化工艺中，由于煤浆中存在煤颗粒，在弹簧式安全阀泄压后，残存在密封面上的煤颗粒使得阀门关不死，从而产生内泄漏等。有效地清除管路中安全阀密封面上的固体粒子或颗粒，是解决安全阀内泄漏问题的关键。\n[0003] 现有的煤直接液化工艺中往往并联两套进料泵设备，一开一备，每套泵单独配置安全阀。这种设备虽然可以在一个安全阀动作后启动备用的泵系统(即启动另一个或备用安全阀)，并对已动作的安全阀进行清洗，但仅仅因为一个安全阀动作后就切换为另一套泵系统，并非是这种泵系一开一备设计的初衷。当系统出现压力波动时，安全阀有可能频繁动作，而频繁切换泵系显然是不合理的。\n[0004] 为解决含固体颗粒流体(如油煤浆介质)的高压输送管路安全阀泄露问题，前人已做过许多努力。在北京航天石化技术装备工程公司申请的专利中，有三项是关于安全阀在线快速切换装置的。如专利200620004067.3提供一种截止阀为双直角三通流路的双截止阀，其上方安装两个相同的安全阀，通过双截止阀的两侧往复切换保证一台安全阀在线进行超压保护，而另一台为维修备用；又如专利200620004068.8提出一种利用三通球阀实现两台安全阀的快速切换方法，这种设置可以始终做到安全阀的一备一用和连续的超压保护；再如专利200820177725.8提出一种联动装置，同时切换两台安全阀的进出口，以便对已动作安全阀进行清洗，并将备用安全阀连通到主管路。敖贵斌等(敖贵斌，王志国.高压安全阀前增设截止阀的可行性分析[J].中氮肥，2004，(5)：74)针对甲胺液结晶造成的泄漏问题提出了一种在不停车情况下，在安全阀前增加截止阀K，并在安全阀和截止阀K之间增加高压冲洗线管和截止阀K’，需要冲洗时，可关闭K，打开K’，安全阀再次起跳，以达到冲洗阀头目的的方法。若处理后仍然泄漏，则关闭截止阀K，拆检安全阀。\n[0005] 但以上文献中报道的切换清洗系统都存在以下缺陷：即无法避免安全阀在流体含固体颗粒状态下有效关闭，无法避免阀瓣与阀座之间挤压有固体颗粒，仍会造成安全阀阀瓣与阀座的磨损，影响安全阀的内密封，最终导致输送安全阀的内泄露，影响正常的工艺操作。\n发明内容\n[0006] 针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种流体输送管路安全阀的自动冲洗系统。该冲洗系统主要用于含固体颗粒流体的高压管路输送，具有结构简单，使用方便，可减少安全阀密封面的磨损，保障安全阀的可靠工作等特点。\n[0007] 本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种流体输送管路安全阀的自动冲洗系统，其特征在于该冲洗系统主要包括在输送主管路上连接一个安全阀，安全阀通过冲洗管路与蓄势器连接，且在冲洗管路上设置自控阀门；安全阀上安装有位移传感器，位移传感器通过信号线与自控阀门连接；安全阀还连接有后出口管路；所述蓄势器的下部并接有进液管路和冲洗液排放管路，进液管路与冲洗液罐相连通，且在进液管路上安装有供液泵和供液阀门，冲洗液排放管路上安装有冲洗液排放阀门；所述蓄势器的上部安装有液位计，顶部安装有压力表；蓄势器的顶部还并接有高压供气管路和排气管路，高压供气管路上安装有供气阀门，排气管路上安装有排气阀门。\n[0008] 与现有技术相比，本发明为了实现含固体颗粒流体的高压输送管路安全阀的在线自动冲洗，在安全阀的入口管路上增设了气液式高压蓄势器，蓄势器内的冲洗液量和高压气体压力都是可控的；蓄势器通过冲洗液冲洗管路与安全阀入口管路相连通，冲洗管路设置自控阀门，并以安全阀阀瓣动作信号控制，当安全阀泄压完成，阀瓣将要回落时，自动打开冲洗管路自控阀门，蓄势器内的冲洗液在压力作用下，经三通分别流入安全阀和输送主管路，实现对阀门密封面的在线自动冲洗。本发明可实现安全阀密封面的在线自动冲洗，减少密封面的磨损，保障安全阀的可靠工作，具有设计巧妙，结构简单，使用方便等特点。\n附图说明\n[0009] 图1为本发明流体输送管路安全阀自动冲洗系统一种实施例的组成结构示意图。\n[0010] 图2为本发明流体输送管路安全阀自动冲洗系统一种实施例模拟计算得到的\n0.25s时刻煤粉颗粒体积分布云图。\n[0011] 具体实现方式\n[0012] 下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。\n[0013] 本发明设计的流体输送管路安全阀自动冲洗系统(简称冲洗系统，参见图1)，主要用于含固体颗粒流体的高压输送管路在线自动冲洗，其特征在于该冲洗系统主要包括安全阀1，蓄势器2，位移传感器3、压力表4、液位计5、供液泵6、阀门和冲洗管路；在输送主管路12上，连接一个安全阀1，安全阀1通过冲洗管路15与蓄势器2连接，且在冲洗管路15上设置自控阀门11；安全阀1上安装有位移传感器3，位移传感器3通过信号线17与自控阀门11连接；安全阀1还连接有后出口管路16；所述蓄势器2的下部并接有进液管路13和冲洗液排放管路14，进液管路13与冲洗液罐(图中未画出)相连通，且在进液管路13上安装有供液泵6和供液阀门7，在冲洗液排放管路14上安装有冲洗液排放阀门8；所述蓄势器\n2的上部安装有液位计5，顶部安装有压力表4；蓄势器2的顶部还并接有高压供气管路18和排气管路19，高压供气管路18上安装有供气阀门9，排气管路19上安装有排气阀门10。\n[0014] 本发明冲洗系统的压力表4用来监测蓄势器内的气压；液位计5用来监测蓄势器\n2内冲洗液的液面位置；传感器3用来监测安全阀1阀瓣的位移；阀门11为自控阀门，由传感器3的信号控制；供液泵6用来为蓄势器2供油；供液阀门7(截止阀)，用来调节蓄势器\n2的进油量；蓄势器2内的冲洗液满足液位要求时，停止供液泵6供油，并关闭供液阀门7；\n排放阀门8(截止阀)用于蓄势器2内冲洗液的排放；排气阀门10(截止阀)，用于蓄势器2内气体的排放；供气阀门9(截止阀)，用于控制进入蓄势器2气体的流量，蓄势器2达到压力要求时，关闭供气阀门9。\n[0015] 本发明冲洗系统用到的所有元器件，包括各种阀门、管路、自控装置和蓄势器本身等均可市场购买。本发明创新设计在于综合利用现有技术如自控技术、液压技术等，设计了一种流体输送管路安全阀的自动冲洗系统，解决了含固体颗粒流体输送管路用安全阀的在线自动清洗问题，避免了安全阀的内泄漏，保证工艺过程的连续性。本发明冲洗系统的创新点在于所述安全阀的冲洗工艺变革：不等安全阀的阀瓣回落就及时进行自动冲洗，使安全阀关闭时，阀瓣与阀座附近甚至阀体内均不含输送介质的固体颗粒，从根本上避免密封面上挤压有固体颗粒，减少了密封面的磨损，延长了安全阀的使用寿命，保障了安全阀的工作可靠性。\n[0016] 本发明冲洗系统的进一步特征是：所述的蓄势器2为气液式高压蓄势器。蓄势器2是本发明系统中的一个关键装置，用来瞬间提供具有一定压力、一定体积的冲洗介质(液)。蓄势器2的压力、容积、气液比例等的设定需与流体输送管路中冲洗介质的压力及流量、含固量、安全阀的结构等相匹配设计。是否采用气液式高压蓄势器应根据输送介质要求确定，对于液固两相流或气液固多相流，气液式高压蓄势器是可行的，而对于气固两相流，可不必采用蓄势器，直接采用可控的压力气源进行冲洗即可。\n[0017] 本发明冲洗系统的冲洗液或冲洗介质应与主流体相容。例如，煤液化工业中的主流体是油煤浆，冲洗液(介质)选用溶剂油，因为油煤浆就是由煤粉颗粒与溶剂油及催化剂调配成的。显然，主流体不同，冲洗介质也应该不同，可能是水，可能是油，也可能是其他适当介质。由于冲洗液(介质)与主流体相容，一方面少量冲洗介质可以进入主流体，并不影响主流体的工艺；另一方面从安全阀1连接的后出口管路16排出的冲洗介质经分离后可循环使用。\n[0018] 本发明冲洗系统工作过程是，工作时，通过供液泵6向蓄势器2充入定量的冲洗液，通过液位计5观察冲洗液位置，并由供液阀门7和排放阀门8控制油量；高压气源经蓄势器2上部的高压供气管路18通入定量的高压气，用压力表4监测蓄势器2内的压力；由供气阀门9和排气阀门10控制高压气的进出；设定蓄势器2内压力高于安全阀1的排放压力及流体(油煤浆)输送主管路12内的压力。安全阀1上设有位移传感器3，位移传感器\n3通过信号线17来控制自动阀门11的启闭。当安全阀1阀瓣开始回落时，及时打开自动阀门11，此时，蓄势器2内的冲洗液经三通分别流入安全阀1和油煤浆输送主管路12，一方面实现对安全阀1密封面的在线自动冲洗，另一方面阻断油煤浆由输送主管路12到安全阀1的侵入。当蓄势器2内的压力降低到回座压力时，自动阀门1自动回座归位。\n[0019] 本发明冲洗系统的工作原理是：蓄势器2内的压力远远高于安全阀后出口管路16内的压力，当自动阀门11开启后，蓄势器2内的高压液体立即从安全阀1的阀瓣和阀座之间的流道急速流向低压管路16，在流动过程中会将安全阀1的阀瓣和阀座之间密封面上的煤颗粒冲走，从而达到自动冲洗的目的。同时，在流动过程中一部分冲洗液会流向主管路\n12，阻止主管路12内的含固体颗粒流体向安全阀1流动。当蓄势器2内的压力下降到安全阀1的阀座压力时，安全阀1的阀座回落，重新可靠闭合。\n[0020] 本发明冲洗系统或装置主要是针对含固体颗粒流体(油煤浆)的高压输送管路安全阀的自动冲洗，解决输送过程中产生的安全阀泄漏问题。本发明的冲洗系统设计巧妙，结构合理，在安全阀泄压之后，且阀瓣尚未回落之时，用冲洗液对安全阀1密封面直接进行在线冲洗，可避免泵系的频繁切换，减少安全阀1密封面的磨损，保障安全阀1的可靠工作，提高生产效率。本发明冲洗系统也适用于类似用途的设备上。\n[0021] 本发明未述及之处适用于现有技术。\n[0022] 下面给出对本发明的具体实施例。具体实施例仅用于对本发明冲洗系统的详细说明，不限制本发明申请权利要求的保护范围。\n[0023] 实施例1\n[0024] 设计一个油煤浆流体的高压输送管路安全阀的自动冲洗系统。其主要设计参数是：蓄势器2的直径1200mm，高h＝1000mm；油煤浆输送主管路12的直径150mm；安全阀1的入口管路直径80mm，出口管路100mm；冲洗液冲洗管路15的直径80mm，安全阀1的喉径\n41.5mm，阀瓣开启高度10.4mm。\n[0025] 蓄势器2的表压力为25.287MP，初始条件下，蓄势器2内1/3为空气，2/3为冲洗液；油煤浆输送主管路12的内压力为20.187MP，煤粉粒径平均为0.074mm，密度为\n3 3\n1421.6kg/m，质量流速为12.21kg/s，冲洗液(溶剂油)密度为881.3kg/m，质量流速为\n12.977kg/s，含固量为0.3684，安全阀后出口管路16的表压力为0.1MPa，颗粒最大堆积密度为63％。\n[0026] 实施例的煤颗粒体积分布模拟计算结果如图2所示，在冲洗0.25s时，安全阀1的-5\n阀瓣与底座之间的煤颗粒体积分数已低于10 ，可以认为此时安全阀1的密封面附近已不存在煤颗粒。在冲洗过程中，从蓄势器2内流出的冲洗液(溶剂油)约为68kg，流入输送主管路(油煤浆输送主管路)12的质量为25kg，且由于冲洗液与输送主管路12输送流体相容，对工艺稳定性无影响。