淺淡盤閥在粉煤氣化中的應(yīng)用

陸本壹

摘要：盤閥是通過滑動圓盤來實現(xiàn)開關(guān)的一種快開快關(guān)型閥門。其設(shè)計專門針對帶有磨損、沖蝕特性的含固體顆粒物料，它能在惡劣工況下連續(xù)長期的正常工作。針對粉煤輸送過程中的工藝條件，結(jié)合盤閥的結(jié)構(gòu)特點，某工程中的二段粉煤輸送中的鎖斗閥嘗試由球閥改為盤閥。

關(guān)鍵詞：粉煤氣化；鎖斗閥；球閥；盤閥

粉煤加壓氣化工藝粉煤下料工段中鎖斗閥粉煤介質(zhì)由高壓氮氣輸入、壓力高、開關(guān)動作頻率高，磨蝕非常嚴重。目前在這些工段上的閥門基本都采用硬密封球閥，絕大多數(shù)是進口的球閥。由于操作條件苛刻，和球閥構(gòu)造自身特點，在使用過程中難免會出現(xiàn)很多具有普遍性的卡死故障和損壞，這已經(jīng)成為制約粉煤氣化裝置長周期運行的瓶頸。

某示范工程，在其二段粉煤輸送鎖斗閥嘗試由傳統(tǒng)的球閥改為盤閥。

1、粉煤鎖斗閥的操作條件和選型

1.1 粉煤鎖斗閥的操作條件

某工程粉煤氣化粉煤鎖斗閥的操作介質(zhì)為粉煤和氮氣，其中90wt%的粉煤粒度≤90μm，它的操作條件如下：操作溫度80C°，操作壓力3.8～0.02Mpa，閥門開啟/關(guān)閉時的壓差0.2～0.3MPa，閥門開啟/關(guān)閉次數(shù)為2次/h，閥門動作（開啟或關(guān)閉）時間≤50s。

1.2 粉煤鎖斗閥的選型

粉煤具有易粘附性和磨蝕性等特性，尤其是在高壓氮氣輸送的流速快情況下，這種特性表現(xiàn)得更為突出。針對此特性和鎖斗閥的操作條件，粉煤氣化裝置通常選用金屬硬密封球閥作為粉煤鎖斗閥，閥體材質(zhì)采用碳鋼，球體、閥座和閥桿等內(nèi)件的材質(zhì)則采用雙相鋼不銹鋼襯Stellite合金[1]。

2、粉煤鎖斗閥現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)的粉煤加壓氣化裝置在干煤粉下料工段普遍采用的是雙球閥串聯(lián)方式，用于密相煤粉輸送的主管線閥門的平均無故障在線免維護時間在3～5個月，用于稀相平衡管線的閥門的平均無故障在線免維護時間在5～8個月。

作為鎖斗閥，球閥在運行中經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)泄漏和卡澀“憋壓”等故障[2]，這是由球閥的結(jié)構(gòu)形式——雙密封面結(jié)構(gòu)造成的，僅僅對球閥本身進行改進已無法解決這些問題，球閥存在難以克服的缺陷[3]。要解決鎖斗閥的問題，市場上推出盤閥來取代球閥。

3、盤閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

盤閥是通過滑動圓盤來實現(xiàn)開關(guān)的一種快開快關(guān)型閥門[4]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：

1）閥座。垂直流線方向的寬大閥座，流線方向上磨損和沖蝕不會影響密封；

2）閥盤。旋轉(zhuǎn)剪切圓盤自旋轉(zhuǎn)、自研磨及增強閥座的自清潔能力，剪碎通過閥門的固體介質(zhì)；

3）彈簧。補償溫度壓力變化引起的盤根應(yīng)力變化，使應(yīng)力保持均勻，延長盤根的壽命；

4）盤根。多重V型PTFE或石墨環(huán)和高碳盤根；

5）雙重軸套。防噴設(shè)計，同時提供了一個穩(wěn)定密閉的盤根空間；

6）閥盤補償彈簧和彈簧柱。補償閥盤和閥座的磨損，并抵抗背壓，阻止物料進入密封面；

7）吹掃孔。合理優(yōu)化的吹掃設(shè)計，可以最有效的吹掃堆積的物料。

3.2 工作原理

驅(qū)動裝置通過閥桿與搖臂使閥盤轉(zhuǎn)動一定的角度來實現(xiàn)閥門的開關(guān)[5]。閥盤密封面借助彈簧與閥座緊密貼合，彈簧壓力始終使閥盤緊密貼合在閥座上，又允許閥盤在密封面的垂直方向上有位移。這有助于補償閥門零件由熱脹冷縮而引起的形變和多次開關(guān)后產(chǎn)生的微量磨損，克服任何背壓變化對密封的影響并能防止顆粒介質(zhì)進入密封面之間；在盤閥啟閉過程中，閥座密封面對閥盤在切線方向上的摩擦力之差，使閥盤在一個啟閉循環(huán)過程中產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并可以不斷剪切與清掃在工藝過程中有可能堆積在閥腔內(nèi)的介質(zhì)，這些特點是其他閥門所沒有的。如圖3.2所示：

4、盤閥的優(yōu)勢

4.1盤閥的優(yōu)點

根據(jù)盤閥的結(jié)構(gòu)形式和工作原理，盤閥有以下優(yōu)點：①采用了平面密封，密封寬度遠大于球閥（最大能做到16mm）；閥腔空間大；②針對煤粉介質(zhì)的特點，閥體材質(zhì)采用碳鋼，球體、閥座和閥桿等內(nèi)件選擇了相應(yīng)的硬質(zhì)合金材料，對于煤粉基本上不粘結(jié)，很好地解決了密封面之間硬質(zhì)合金粘結(jié)的問題；③在開閉過程中，閥桿帶動閥盤作偏心移動，使閥盤在移動的同時產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，對密封面產(chǎn)生自研磨和拋光清潔的作用，達到保護密封面、提高密封性能的目的，延長了閥門的使用壽命；④設(shè)置了開放的空腔，每次閥門開啟排泄物料時，閥腔對于流道偏心將會產(chǎn)生渦流，自行清掃閥腔內(nèi)殘存的物料，避免了物料不斷堆積在閥腔內(nèi)而將閥門卡死的現(xiàn)象；⑤閥軸采用無螺紋設(shè)計，而且閥軸只有轉(zhuǎn)動，沒有上下的平動，大大減少填料的磨損，增加了使用壽命；⑥閥盤借助強力彈簧緊密貼合，同時又允許閥盤在密封面的垂直方向上有微小的位移，彈簧壓力設(shè)計使其具有“壓力自泄放”功能，從根本上杜絕了“憋壓”的可能性；⑦盤閥的結(jié)構(gòu)特性更適合高溫工況的應(yīng)用。

4.2實際應(yīng)用例證

2009年9月初，盤閥在云南大為制氨有限公司的粉煤氣化裝置中得到了應(yīng)用。盤閥作為鎖斗閥取代了原先經(jīng)常發(fā)生故障的兩臺進口球閥，一直平穩(wěn)運行六個多月，共計4500多個小時，閥門開關(guān)始終平穩(wěn)，順暢有力保障了粉煤鎖斗閥系統(tǒng)的長周期可靠運行。

5、結(jié)束語

無論從密封面的材料選擇，還是閥體的結(jié)構(gòu)和密封形式上看，盤閥具有自身結(jié)構(gòu)優(yōu)越性，其先進性的平面密封理念和獨特的結(jié)構(gòu)有效的解決了鎖斗閥運行過程中易出現(xiàn)的問題。當(dāng)然，盤閥也有其自身的不足，盤閥的不足在于：盤閥的體積大，而且笨重，幾乎比同規(guī)格球閥重一倍，安裝與拆卸比球閥困難。

某粉煤化工二段粉煤輸送鎖斗閥由傳統(tǒng)的球閥改為盤閥這一大膽的嘗試是有科學(xué)依據(jù)的，也是在同類裝置有成功的使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上作出的決定。

參考文獻：

〔1〕章晨暉，劉欣，鄧長松.粉煤鎖斗閥故障原因分析及解決方案[J].自動化與儀表，2010，31（7）：1，47-50.

〔2〕陸培文.閥門設(shè)計入門與精通[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009：34-35.

〔3〕林凱，步新戰(zhàn)，吳平.粉煤加壓氣化鎖斗開關(guān)閥故障分析.大氮肥，2011，34（3）：1，182-184.

〔4〕吳俊偉，嚴啟斌，吳菁.盤閥[P]：中國，實用新型專利.200620047805.2.2007-12-12.

〔5〕曹輝，曹磊.硅化工用球閥損壞分析及盤閥應(yīng)用[J].閥門，2011（03）：29-20，36.