汽化爐角型壓力平衡柱塞閥結構的設計

劉智，吳玉良，張智博，胡世強，曹甲亮，李茂朋

（特技閥門集團有限公司，浙江 溫州 325105）

0 引言

在黑水、廢渣水以及灰水當中，均含有強腐蝕性的氯離子、硫化氫以及磷酸鹽等介質，并且大多數工段進出口都存在高壓差，固液氣多相混合含顆粒介質，其特殊復雜的工況，對閥門的耐腐蝕性、耐高溫性能、耐沖刷性能都提出了非常高的要求。

傳統的工藝管線上主要采用進口的結構形式為偏心旋轉調節(jié)閥和單座角式黑水閥（圖1和圖2），其結構耐腐蝕、耐高溫性能好，但是耐沖刷性能差。其閥芯、閥座及閥體流道等噴涂碳化鎢處理，其壽命約為3個月，而國內產品僅僅使用半個月左右。受此影響，裝置運行需要頻繁地更換閥門，既浪費工時又加大了生產成本。雖然這幾年國內多數企業(yè)在研發(fā)方面投入很大，但收獲甚微，由于黑水介質特殊，一般都伴隨高溫、高壓、鋒利煤渣甚至固液氣多相混合，迫使閥門的壽命急劇下降[1]。

1 現有角式閥芯內部密封結構

1.1 主要組成部分

1連接法蘭，2閥座，3閥芯部件，4閥體，5密封圈，6襯套，7緊固件，8填料密封組件（圖1：現有典型角式黑水閥結構圖）（圖2：現場典型角式黑水閥）。

圖1 現有典型角式黑水閥結構圖

圖2 現場典型角式黑水閥

1.2 特點

主要密封部件為閥芯和閥座，通過表面噴涂WC或者整體WC燒結而成，精密加工并研磨后其硬度可以達到HRC60以上，達到耐磨耐高溫目的，從而提高使用壽命。

1.3 缺點

當閥門安裝在管線開啟和關閉時，執(zhí)行機構帶動閥桿需要做多回轉才能實現全開或者全關；閥桿和填料密封組件在多回轉的過程中一直在不斷旋轉摩擦，填料壽 命大大降低，力矩也大；其次閥門開啟后，閥芯在閥腔內部處于懸空狀態(tài)，當介質從左側管道進來后，直接對閥芯頭部形成沖刷，高速介質的沖撞，很快閥芯頭部會形成蜂窩狀凹凸不平的坑，嚴重時，在閥座的密封表面同樣會因為汽蝕而被損壞；此時當閥芯再次關閉時，閥芯就不能同閥座形成有效密封，導致閥門密封失效；第三，閥芯開啟過程中乃至全部開啟后，閥桿及閥芯部分懸空呈現懸臂梁狀態(tài)，此時高壓高速介質附帶煤渣對閥桿表面的沖擊力，很容易使閥桿產生永久變形甚至斷裂，使閥門失效。

2 新型角型壓力平衡柱塞閥的結構設計

2.1 主要組成部分

1連接法蘭，2緊固件，3密封墊，4閥芯，5螺紋套，6彈簧，7彈簧座，8石墨密封環(huán)，9閥座，10閥桿（閥桿和閥芯可以整體制作而成），11閥蓋。（圖3：新型角型壓力平衡柱塞閥結構圖）（圖4：現場新型角型壓力平衡柱塞閥）。

圖3 新型角型壓力平衡柱塞閥結構圖

圖4 現場新型角型壓力平衡柱塞閥

2.2 特點

閥芯和閥座密封面可以做成整體WC，也可以做成表面噴涂WC結構。開關過程中，閥桿旋轉45°帶動閥芯轉動即可。閥芯上下有定位臺階，確保閥芯在上下始終保持有固定位置。

2.3 優(yōu)點

與現有角式單座結構相比，開關速度更快，閥芯只需要做90°旋轉，即可實現全開關；閥門開啟后，介質的回旋主要在閥芯內腔，所產生的汽蝕、閃蒸也均在內腔，對密封部位沒有任何影響；閥座和閥芯始終緊密貼合，開關過程中，有剪切作用，尤其是對于黑水介質中的顆粒煤渣，類似刮刀一樣，能始終保持密封面的精度，不受損壞，無顆粒堆積殘留，長久耐用；閥桿和閥芯在開關旋轉過程中始終保持穩(wěn)定的位置，不存在和現有單座角閥那種懸空的狀態(tài)，所以閥芯閥桿不會有斷裂的危險[2]。對于閥芯的流道口，可以根據管道流量實際需要，設計成不同的結構，實現等比例等多種調節(jié)方式、也可以直接做成開關型切斷用閥；柱塞閥芯的結構，和現有單座結構相比，閥座位置無縮徑，可調節(jié)比可達到10000：1，調節(jié)范圍廣，對提供的工藝參數準確性要求低；其次，現有直行程結構黑水閥執(zhí)行機構內部為上下運動（見圖2），安裝空間要求大，新型柱塞閥為角形成的結構，執(zhí)行結構內部為旋轉運動，安裝空間更?。▽Ρ葓D2和圖4）。

3 其它應用

該閥門除了在煤化工汽化爐上能徹底替換現有角式單座閥外，在其它任何類似的惡劣工況（顆粒介質）下，都能平穩(wěn)運行，尤其是類似固液氣多相混合介質，或者腐蝕性情況，或者以上多種綜合運行工況下，都能應用；另外，該閥門所需的組成零部件少，綜合生產成本低，市場潛力巨大。

4 結語

新型角型壓力平衡柱塞閥的結構在多個方面，其性能遠遠優(yōu)于現有角式黑水閥芯內部密封結構，尤其是在惡劣固液氣多相混合的汽化爐黑水介質工況下具有更高的可靠性，服務運行時間是同類其它閥門的數倍，且不會受到閥門壓力和口徑的限制。汽化爐用黑水閥作為我們大力發(fā)展煤化工管件部位的控制閥門，設計時，除了滿足基本的標準要求之外，還必須結合實際工況，從提高產品的壽命上綜合考慮，從而保證閥門在實際環(huán)境中安全、穩(wěn)定運行。