釜底閥在FMTP項(xiàng)目中的應(yīng)用

鄭建生

(中國(guó)天辰工程有限公司 儀表電氣部，天津 300400)

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釜底閥在FMTP項(xiàng)目中的應(yīng)用

鄭建生

(中國(guó)天辰工程有限公司 儀表電氣部，天津 300400)

摘要：針對(duì)催化劑儲(chǔ)罐中常規(guī)開關(guān)閥結(jié)構(gòu)上存在死區(qū)、易造成設(shè)備出料口堵塞的缺陷，采用釜底閥則是良好的解決方案。詳細(xì)介紹了釜底閥的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，并根據(jù)該項(xiàng)目的工況特點(diǎn)，選用了下展式釜底閥，采用柱塞型結(jié)構(gòu)，且凸出的閥體部分與設(shè)備PAD法蘭尺寸匹配，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上的無死區(qū)設(shè)計(jì)；通過采用閥體外硬密封以及閥內(nèi)件的硬化處理，滿足了密封性與耐磨的要求，有效地克服了介質(zhì)易黏結(jié)的問題，取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：釜底閥柱塞型黏度密封性閥內(nèi)件死區(qū)

FMTP科技示范項(xiàng)目采用中國(guó)化學(xué)工程集團(tuán)公司與清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的FMTP工藝，由甲醇制得丙烯，再以丙烯為原料，采用美國(guó)魯姆斯氣相合成工藝制取聚丙烯。

釜底閥主要用于各類反應(yīng)釜、反應(yīng)器、儲(chǔ)罐的底部排料, 打開及關(guān)斷的無死區(qū)設(shè)計(jì)為其主要特點(diǎn)。聚丙烯裝置中，催化劑儲(chǔ)罐出料閥多處采用了釜底閥。

1釜底閥的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

釜底閥通常由閥體、閥芯、閥桿、閥座、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，通過閥桿推動(dòng)閥芯上升或下降，從而達(dá)到開啟與關(guān)閉的目的。

1.1結(jié)構(gòu)與分類

釜底閥的結(jié)構(gòu)多樣，通常有兩種分類方式。

1) 上展式與下展式。按照閥門開閉形式的不同，可分為上展式與下展式。閥門正確安裝時(shí)，閥桿向上運(yùn)動(dòng)，閥門打開，為上展式；閥桿向下運(yùn)動(dòng)，閥門打開，為下展式。上展式釜底閥，閥芯在閥門體外動(dòng)作，其閥門體積更小，但需要設(shè)備內(nèi)有一定的操作空間；下展式釜底閥，閥芯在閥體內(nèi)動(dòng)作，閥門體積更大，無需操作空間。

2) 碟片式與柱塞式。碟片式釜底閥閥芯為閥瓣結(jié)構(gòu)，閥桿較細(xì)，行程較短，閥門動(dòng)作時(shí)，閥芯始終在流道內(nèi)動(dòng)作；物料排放時(shí)，閥芯退至流道內(nèi)的底部，不可避免地將阻礙物料下排，排放不暢。柱塞式釜底閥采用閥芯閥桿一體化設(shè)計(jì)，閥芯為柱狀結(jié)構(gòu)，閥桿較粗，行程較長(zhǎng)，閥門動(dòng)作時(shí)，閥芯可完全退至流道外；物料排放時(shí)，閥芯對(duì)物料流動(dòng)無影響，排放更流暢。

1.2無死區(qū)設(shè)計(jì)

釜底閥最大的優(yōu)點(diǎn)在于無死區(qū)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)的核心為PAD法蘭與凸出型閥體的配合使用。

普通法蘭由于在設(shè)備與法蘭之間存在一段短頸，漿料、粉料等易在其中凝結(jié)、黏連，這段短頸便成為死區(qū)。釜底閥無死區(qū)的設(shè)計(jì)是借助于閥體與容器底部的PAD法蘭連接。PAD法蘭又稱作盤座式法蘭、凸緣法蘭，法蘭片直接焊接在設(shè)備底部，設(shè)備與法蘭之間不存在短頸；其連接螺紋不是通透的光孔，而是半通透的螺紋孔。該設(shè)計(jì)使得設(shè)備與閥門之間，僅有設(shè)備的壁厚與法蘭的厚度之和為死區(qū)。

為克服這段死區(qū)的影響，釜底閥的閥座采用了凸出設(shè)計(jì)，閥座結(jié)構(gòu)如圖1所示。閥座凸出部分的長(zhǎng)度x與外徑d可根據(jù)設(shè)備管口的尺寸進(jìn)行制造，與其匹配，確保凸出部分伸入管口內(nèi)，并且兩者之間的空隙盡可能小。一些優(yōu)秀廠家的釜底閥產(chǎn)品，其柱塞型閥芯與管口內(nèi)壁的距離最小可達(dá)2mm，這就確保了大于2mm的固體顆粒無法進(jìn)入縫隙，有效防止了閥門的卡澀。

圖1　釜底閥閥座結(jié)構(gòu)示意

1.3密封方式

釜底閥的密封有兩種方式，一種為軟密封，依靠O型環(huán)密封；另一種為硬密封，依靠金屬密封線密封。密封的部位可在閥體內(nèi)，也可在閥體外與設(shè)備接口處。閥體內(nèi)密封，凸出的部位為閥芯，其尺寸較小，適用于管口內(nèi)徑較小的設(shè)備；閥體外密封，凸出的部位為閥體，凸出部分尺寸較大，但密封處應(yīng)力較大，密封性強(qiáng)于閥體內(nèi)的形式。

1.4閥芯形狀

釜底閥的無死區(qū)設(shè)計(jì)，亦體現(xiàn)在其閥芯形狀上。通常分為平面和弧面兩種，根據(jù)管口設(shè)備內(nèi)壁的形狀，選擇閥芯形狀，以確保閥芯與設(shè)備內(nèi)壁平滑相接，避免死區(qū)。

1.5一體化溫度測(cè)量解決方案

當(dāng)工藝要求檢測(cè)反應(yīng)釜底的溫度時(shí)，釜底閥可提供一種一體化溫度測(cè)量的解決方案。測(cè)溫元件及其連接線貫穿執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥桿與閥芯，測(cè)溫元件置于閥芯內(nèi)部，即設(shè)備底部，可保證測(cè)溫的準(zhǔn)確性與連續(xù)性。該一體化設(shè)計(jì)無需在設(shè)備上開孔，也無需拆卸閥門，即可抽取出來，方便拆卸，是一種溫度測(cè)量的優(yōu)化方案。

2釜底閥在FMTP項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1工況特點(diǎn)

FMTP項(xiàng)目聚丙烯裝置內(nèi)的釜底閥，應(yīng)用于儲(chǔ)存、排放催化劑介質(zhì)的預(yù)制罐和計(jì)量罐等設(shè)備。聚丙烯催化劑由固體催化粉末與液體丙烯混合而成，混合后的催化劑為漿狀介質(zhì)，黏度高，易黏結(jié)，并且具有腐蝕性和沖刷性。設(shè)備內(nèi)為防止其黏結(jié)，須使用攪拌器攪拌，工況復(fù)雜而苛刻。

2.2選型要求

根據(jù)催化劑設(shè)備的工況特點(diǎn)，罐體的物料出口閥門為防止物料積聚黏結(jié)，須要求采用無死區(qū)設(shè)計(jì)。

常規(guī)的開關(guān)閥，如球閥、蝶閥等，都不適用于該工況。球閥在關(guān)閉時(shí)，物料將存留在閥球內(nèi)，會(huì)黏結(jié)并堵死整個(gè)閥門；蝶閥在打開時(shí)，由于開度有限，會(huì)對(duì)物料排放產(chǎn)生較大的阻礙。并且這兩種閥門的排放口都須配備法蘭短管，排放后會(huì)形成死區(qū)，物料黏結(jié)堵死整個(gè)流道。

釜底閥可有效解決常規(guī)開關(guān)閥的上述問題，其在選型上的要求如下：

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1) 下展式。因閥門管口緊貼攪拌器，因而閥芯不可伸出管口以外，只能選擇在閥體內(nèi)動(dòng)作的下展式閥門。

2) 柱塞型。聚丙烯催化劑為高黏度漿體，流通時(shí)，流道需通暢；關(guān)閉時(shí)，閥腔需清潔。采用柱塞式閥芯，在下料時(shí)可完全退至流道以外，不會(huì)阻礙物料的流出。同時(shí)柱塞式閥芯可充滿整個(gè)閥體，使其具備自清潔的能力，開閉時(shí)，可通過切刮閥腔清除物料，防止?jié){體凝固。而碟片式閥芯在下料時(shí)會(huì)對(duì)漿體形成一定的阻力，由于閥腔較大，且碟片型閥芯不具備自清潔能力，漿體易在腔體內(nèi)壁凝固。

3) PAD法蘭設(shè)計(jì)。為避免加工造成的誤差，采用了閥門廠家配備的PAD法蘭。相比設(shè)備廠商提供的法蘭，其加工精度更高，匹配性強(qiáng)，可確保閥體與法蘭的縫隙小于2mm，基本杜絕了物料在管口交接處的堵塞，確保了閥門開閉的順暢。

4) 弧形閥芯。由于出料口處罐體內(nèi)壁為弧形，根據(jù)設(shè)備圖紙，閥芯設(shè)計(jì)成弧形，使閥門與設(shè)備內(nèi)壁平齊，避免在閥門與設(shè)備內(nèi)壁交匯處形成死區(qū)。

6) 閥內(nèi)件硬化處理?？紤]到催化劑漿料的沖刷性，閥門須選用硬閥座，閥座與閥芯采用鎢鉻鈷合金堆焊表面處理和精密加工技術(shù)，硬度達(dá)到HRC56以上，具有高耐磨、耐腐蝕的性能。

7) 一體化溫度測(cè)量。原設(shè)計(jì)為閥體與溫度變送器獨(dú)立設(shè)置，采用一體化測(cè)量方案后，優(yōu)化了管口設(shè)計(jì)。

3結(jié)束語

釜底閥在工業(yè)中的應(yīng)用極為廣泛，在聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯工藝中有良好的應(yīng)用業(yè)績(jī)和使用效果。在PP生產(chǎn)工藝中，釜底閥亦是大量使用。設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備、介質(zhì)的工況，結(jié)合釜底閥不同結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選型，提供良好的解決方案。

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中圖分類號(hào)：TQ055.8+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2016)01-0076-02

作者簡(jiǎn)介：鄭建生(1984—)，男，天津人，2008年畢業(yè)于天津大學(xué)檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國(guó)天辰工程有限公司，主要從事工業(yè)儀表設(shè)計(jì)工作，任工程師。

稿件收到日期： 2015-11-12，修改稿收到日期： 2015-12-04。