CN108706715A - 一种用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界水氧化系统的压力控制方法，其控制系统包括启动停机支路、压力调节支路、备用压力调节支路、清洗支路、事故支路和阻力水支路。通过启动停机支路来实现系统正常启动与停机阶段压力的稳定上升与降低；通过压力调节支路与备用压力调节支路，来实现正常运行阶段的系统压降；通过阻力水支路来实现正常运行阶段系统压力的精确控制；通过事故支路，来实现系统压力急剧增加时，系统压力的快速安全降压；通过清洗支路，来实现停机后的系统清洗操作。其中压力调节支路中，通过流体流经毛细管的沿程阻力来实现系统压降，可有效避免降压过程中的磨蚀、堵塞、噪声等问题，进而保证系统压力的稳定、安全控制。

Description

一种用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统及方法

技术领域

本发明属于环境保护及化工领域，涉及一种用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统及方法。

背景技术

超临界水(Supercritical Water,SCW)是指温度、压力均在其临界点(374.1℃、22.1MPa)以上的水。与普通的液态水相比，超临界水的各种理化性质发生了显著的变化：水分子间的氢键减弱；密度、黏度、离子积均明显下降，扩散系数较高；介电常数变得极小，由室温下的80左右下降至超临界状态下的2～30，大致相当于标准状态下一般有机溶剂的介电常数。所以超临界水对无机盐的溶解性极小，而对O₂及绝大多数有机物具有极强的溶解能力，形成均相体系，相界面消失，使得传热传质性能好，是一种良好的反应介质。超临界水氧化技术是利用超临界水的低粘度、低介电常数、高扩散性等特殊性质，使完全溶解在其中的有机物与氧化剂发生快速、彻底的均相反应，有机物中的碳元素转化成二氧化碳，氯、硫、磷等元素转化成相应的无机盐，氮元素绝大多数转化成氮气，实现有机废物的高效无害化处理。该技术在美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中被定义为最有前途的废水处理技术。

超临界水氧化技术作为一种新兴、高效、清洁的废有机物处理技术，具有显著的技术优势，具体体现在：

1)反应彻底、反应速度快、处理效率高。一些极难降解的有机化合物也能在极短的反应时间内(小于1min)被完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及无机盐等无毒的小分子化合物，有毒物质的去除率高达99.99％以上；

2)反应系统封闭，处理过程无异味，不会产生二次污染。产生的CO2及出水可以通过简单的回收并利用；

3)超临界水氧化反应速率极高，有机物完全去除所需的停留时间很短，因此反应器的体积较小，整个装置的占地面积少；

4)当有机物含量超过3wt％时，可依靠反应过程中自身释放的热量来维持系统热量平衡，不需外界添加辅助热量，富裕热量还可以回收利用。

压力控制对于超临界水氧化系统的正常运行与安全保障具有重要的作用。传统的SCWO系统一般是通过背压阀来实现冷却后流体降压及系统压力控制。但是在过程控制中，有许多高压差颗粒流体的工作场合，普通的降压控制阀在高压差颗粒流体的情况下，会产生严重的空化现象，导致阀内件迅速损坏，进而使控制阀失效，严重时由于流量无法控制会产生爆炸事故。同时，气体介质在高压、高压差的情况下会产生噪声、振动，由于气体可压缩，在高压、高压差作用下，其流速会超过80m/s，对阀内件产生高流速冲蚀、拉丝现象，导致极大的噪声和阀门损坏。在上述两种情况下同时伴随着颗粒状流体，更会加剧对阀门的破坏作用，加速磨损和空化，同时颗粒还可能会造成阀门堵塞、卡滞、卡死无法动作等故障。

在现有技术中，一般采用多级降压控制阀来克服单个阀门进出口高压差所产生的空化与噪声问题。但仍存在不足，多级降压技术只解决了高压差流体气蚀与噪声的问题，而无法解决颗粒流体对阀门的冲刷、卡滞等问题。高速流动的颗粒流体会对阀内件产生强烈的冲刷，造成其严重磨损。当颗粒流体流过细小的流道时，极易产生堵塞、卡滞等问题，最终导致系统运行故障。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统及方法，采用毛细管降压技术，辅以阻尼水来实现超临界水氧化系统压力的精确与安全控制。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统，包括启动停机支路、压力调节支路以及阻力水支路；阻力水支路的出口与启动停机支路和压力调节支路的入口相交汇与第一连接点，冷却后的高压流体由第一连接点进入启动停机支路和压力调节支路，启动停机支路包括背压阀，背压阀的入口与第一连接点相连，压力调节支路设置有毛细管降压器和调节阀，调节阀出口的流体与背压阀出口的流体汇合至第三连接点后输出。

本发明进一步的改进在于：

还包括备用压力调节支路，备用压力调节支路的入口与第一连接点相连，出口连接至调节阀入口处的第二连接点上，备用压力调节支路上设置有备用毛细管降压器。

阻力水支路包括阻力水罐，阻力水罐的出口通过阻力水泵连接至第一连接点上。

还包括事故支路，事故支路上设置有截止阀，截止阀的入口与第一连接点相连，出口连接事故水罐。

第一连接点的前端连接有用于采集阻力水泵、背压阀、调节阀以及截止阀压力的压力表。

还包括清洗支路，清洗支路的入口与第一连接点相连，出口与压力调节支路的出口相连。

一种压力控制方法，包括以下步骤：

步骤1：系统启动

1-1)打开启动停机支路的截止阀，调节背压阀开度，使系统压力逐渐上升至设定压力值；

1-2)打开压力调节支路的截止阀，关闭启动停机支路的截止阀。打开阻力水支路的截止阀，启动阻力水泵，逐渐增加阻力水泵的频率，配合调节调节阀开度，使系统压力逐渐增加，直至系统压力增加至25MPa，系统升压完成；

步骤2：系统运行阶段

a)系统压力降低

若系统压力低于设定压力值，提高阻力水泵频率，增加阻力水流量，直至系统压力增加至25MPa；若阻力水泵满负荷运行，仍不能将系统压力上升至25MPa，减小调节阀开度，直至系统压力增加至25MPa；

B)系统压力升高

若系统压力高于设定压力值，增大调节阀开度，直至系统压力降低至25MPa；若调节阀开度增大至全开，仍不能将系统压力降低至25MPa，则降低阻力水泵频率，减少阻力水流量，直至系统压力降低至25MPa；

若系统压力上升，超过设定压力值，则打开事故支路的截止阀，系统高压反应流体从事故支路流入事故水罐，降低阻力水泵频率，减少阻力水流量，将系统压力降低到25MPa；

步骤3：系统清洗阶段

系统停机后，关闭启动停机支路的手动阀、压力调节支路的手动阀、备用压力调节支路的手动阀以及事故支路的截止阀，打开清洗支路的手动阀，系统低压清洗水从清洗支路流出系统。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过毛细管结合阻力水的方法，来实现系统压力的精确控制。毛细管作为降压部件，通过流体流经其的沿程阻力来实现毛细管前的压力控制，流体在毛细管内的流速相对较低。通过计算在有效防止固体颗粒沉积与堵塞的基础上，颗粒流体对毛细管内壁的磨蚀冲刷作用很小，进而保障整个系统的安全、可靠、稳定的运行；其次，本发明通过启动停机支路上的背压阀，保证了系统正常启动与停机阶段压力的稳定上升与下降；最后，本发明通过事故支路，来实现发生系统压力剧增事故时，系统的紧急安全降压。通过并联清洗支路，来实现停机后的系统清洗。

附图说明

图1是本发明压力控制方法的系统流程图。

图中标号分别表示：1-阻力水罐；2-阻力水泵；3-截止阀；4-压力表；5-手动阀；6-背压阀；7-截止阀；8-手动阀；9-毛细管降压器；10-截止阀；11-手动阀；12-备用毛细管降压器；13-截止阀；14-调节阀；15-手动阀；16-截止阀；L1-启动停机支路；L2-压力调节支路；L3-备用压力调节支路；L4-清洗支路；L5-事故支路；L6-阻力水支路；P1-连接点；P2-连接点；P3-连接点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，

超临界水氧化系统压力控制系统包括启动停机支路L1、压力调节支路L2、备用压力调节支路L3、清洗支路L4、事故支路L5和阻力水支路L6。

阻力水支路L6包括阻力水泵2，阻力水泵2的进口连接于阻力水罐1，阻力水泵2的出口与阻力水支路截止阀3连通。启动停机支路L1、压力调节支路L2、备用压力调节支路L3、清洗支路L4与事故支路L5的进口合并于连接点P1，连接点P1与截止阀3的出口连通，并连接于压力表4。启动停机支路L1包括手动阀5，手动阀5的出口连接于背压阀6的进口，背压阀6的出口与截止阀7连通。压力调节支路L2包括毛细管降压器9，毛细管降压器9的进口连接于手动阀8，降压器9的出口连接于截止阀10；备用压力调节支路L3包括备用毛细管降压器12，备用毛细管降压器12的进口连接于手动阀11，出口连接于截止阀13。压力调节支路L2与备用压力调节支路L3并联连接，其流体出口合并于连接点P2，连接点P2出口与调节阀14的进口连通。清洗支路L4包括手动阀15，手动阀15的进口连接于连接点P1。事故支路L5包括截止阀16，截止阀16的进口连接于连接点P1。截止阀7出口、调节阀14出口、手动阀15出口与截止阀16出口共同连接于连接点P3。通过压力表4监测超临界水氧化系统压力。

本发明的原理：

本发明提出通过毛细管来实现系统降压，并辅以阻力水来实现系统压力的精确控制。毛细管的降压原理为通过流体流经毛细管所产生的沿程阻力来实现压降，并且可通过调节流体流量来实现毛细管前的压力控制。毛细管作为降压部件，流体流经其流速可控制在一定的范围内，有效避免了通过单个阀门降压时流体流速过高而导致的阀门故障问题。对于含有固体颗粒的物料，毛细管降压方式可防止降压单元的磨蚀及堵塞问题，进而保障整个系统的安全、可靠、稳定的运行。另外，在毛细管前引入一股阻力水，通过调节阻力水的流量，可以实现对系统压力的精确控制。

如图1所示，本发明的工作过程如下：

(1)系统启动阶段

a、阀门初始状态为：手动阀5、8、11打开，手动阀15与截止阀3、7、10、13、16关闭，背压阀6关闭，调节阀14开度全开。

b、打开截止阀7，调节背压阀6开度，使系统压力逐渐上升至设定压力值。

c、切换L1与L2两条支路，打开截止阀10，关闭截止阀7。打开阀门3，启动阻力水泵2，逐渐增加阻力水泵2频率，配合调节调节阀14开度，使系统压力逐渐增加，直至系统压力增加至25MPa，系统升压完成。

(2)系统正常运行阶段

a、系统压力降低

若系统压力低于设定压力值，提高阻力水泵2频率，增加阻力水流量，直至系统压力增加至25MPa。若阻力水泵2满负荷运行，仍不能将系统压力上升至25MPa，减小调节阀14开度，直至系统压力增加至25MPa。

b、系统压力升高

若系统压力高于设定压力值，增大调节阀14开度，直至系统压力降低至25MPa。若调节阀14开度增大至全开，仍不能将系统压力降低至25MPa，则降低阻力水泵2频率，减少阻力水流量，直至系统压力降低至25MPa。

若系统压力急剧上升，超过设定压力值，系统来不及进行调节，则快速打开事故支路L5，打开截止阀16，系统高压反应流体从事故支路流入事故水罐，降低阻力水泵2频率，减少阻力水流量，将系统压力降低到25MPa。

(3)系统清洗阶段

系统停机后，关闭手动阀5、8、11与截止阀16，打开手动阀15，系统低压清洗水从清洗支路L4流出系统。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统，其特征在于，包括启动停机支路(L1)、压力调节支路(L2)以及阻力水支路(L6)；阻力水支路(L6)的出口与启动停机支路(L1)和压力调节支路(L2)的入口相交汇与第一连接点(P1)，冷却后的高压流体由第一连接点(P1)进入启动停机支路(L1)和压力调节支路(L2)，启动停机支路(L1)包括背压阀(6)，背压阀(6)的入口与第一连接点(P1)相连，压力调节支路(L2)设置有毛细管降压器(9)和调节阀(14)，调节阀(14)出口的流体与背压阀(6)出口的流体汇合至第三连接点(P3)后输出。

2.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统，其特征在于，还包括备用压力调节支路(L3)，备用压力调节支路(L3)的入口与第一连接点(P1)相连，出口连接至调节阀(14)入口处的第二连接点(P2)上，备用压力调节支路(L3)上设置有备用毛细管降压器(12)。

3.根据权利要求2所述的用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统，其特征在于，阻力水支路(L6)包括阻力水罐(1)，阻力水罐(1)的出口通过阻力水泵(2)连接至第一连接点(P1)上。

4.根据权利要求3所述的用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统，其特征在于，还包括事故支路(L5)，事故支路(L5)上设置有截止阀(16)，截止阀(16)的入口与第一连接点(P1)相连，出口连接事故水罐。

5.根据权利要求4所述的用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统，其特征在于，第一连接点(P1)的前端连接有用于采集阻力水泵(2)、背压阀(6)、调节阀(14)以及截止阀(16)压力的压力表(4)。

6.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化处理系统的压力控制系统，其特征在于，还包括清洗支路(L4)，清洗支路(L4)的入口与第一连接点(P1)相连，出口与压力调节支路(L2)的出口相连。

7.一种采用权利要求6所述系统的压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：系统启动

1-1)打开启动停机支路的截止阀，调节背压阀开度，使系统压力逐渐上升至设定压力值；

1-2)打开压力调节支路的截止阀，关闭启动停机支路的截止阀；打开阻力水支路的截止阀，启动阻力水泵，逐渐增加阻力水泵的频率，配合调节调节阀开度，使系统压力逐渐增加，直至系统压力增加至25MPa，系统升压完成；

步骤2：系统运行阶段

a)系统压力降低

若系统压力低于设定压力值，提高阻力水泵频率，增加阻力水流量，直至系统压力增加至25MPa；若阻力水泵满负荷运行，仍不能将系统压力上升至25MPa，减小调节阀开度，直至系统压力增加至25MPa；

B)系统压力升高

若系统压力高于设定压力值，增大调节阀开度，直至系统压力降低至25MPa；若调节阀开度增大至全开，仍不能将系统压力降低至25MPa，则降低阻力水泵频率，减少阻力水流量，直至系统压力降低至25MPa；

若系统压力上升，超过设定压力值，则打开事故支路的截止阀，系统高压反应流体从事故支路流入事故水罐，降低阻力水泵频率，减少阻力水流量，将系统压力降低到25MPa；

步骤3：系统清洗阶段

系统停机后，关闭启动停机支路的手动阀、压力调节支路的手动阀、备用压力调节支路的手动阀以及事故支路的截止阀，打开清洗支路的手动阀，系统低压清洗水从清洗支路流出系统。