片堿熔鹽截止閥在熔鹽系統的應用

李廣軍，劉麗娟，馬新偉，張 鴿

（河南泉舜流體控制科技有限公司，河南鄭州 450001）

片堿熔鹽截止閥在熔鹽系統的應用

李廣軍，劉麗娟，馬新偉，張 鴿

（河南泉舜流體控制科技有限公司，河南鄭州 450001）

針對片堿熔鹽系統介質在高溫高壓工況下為液態，停車檢修時介質在常溫下易結晶的特點，河南泉舜流體控制科技有限公司設計出“片堿熔鹽截止閥”，該閥采用耐高溫材料和預熱結構，閥體采用整體焊接，流體阻力系數小而結構緊湊，適合片堿熔鹽系統及其他苛刻工況條件下使用。

片堿熔鹽截止閥；預熱結構；高溫高壓；易結晶

在片堿濃縮裝置熔鹽系統，正常工作溫度400℃左右，工作壓力1.6MPa，閥門使用工況條件苛刻。在該工況下停車檢修時，系統管道壁和閥腔壁面易產生結晶。如果常溫下啟動閥門，由于大量結晶體存在于閥腔內部，易導致閥桿卡死現象發生。長期以來，閥門結晶問題一直都是片堿熔鹽裝置的技術瓶頸，頻繁的拆卸清洗維護不但增加了企業的成本，還嚴重影響了生產效率。

1 “泉舜”牌片堿熔鹽截止閥的原理和結構設計

1.1 片堿熔鹽截止閥的原理

片堿熔鹽截止閥（圖1）是一種閥瓣沿閥座中心線移動的閥門，當閥瓣從閥座位置移開時，閥座和閥瓣密封面之間就不再接觸，因而他的機械磨損就比較小，因此該閥門的密封性能比較好。由于閥瓣的開啟距離比較小，密封面能夠承受多次啟閉，因此片堿熔鹽截止閥也適合于管道系統經常檢修的場合。

當系統需要停車檢修時，整個輸送系統的溫度降低到接近常溫，閥門腔體內和管路內的熔鹽易結晶，從而造成閥門的閥桿無法轉動，最終使閥瓣無法正常啟閉。為此該閥設計了預熱結構（圖2），在閥門啟動前，通過預熱結構上的進口管向預熱腔內通入熱蒸汽或熱水，使熱蒸汽或熱水通過預熱結構和閥腔內結晶的熔鹽進行熱交換，使熔鹽在閥腔內保持溶化狀態，同時減小了轉動副之間的摩擦阻力。

1.2 片堿熔鹽截止閥閥體壁厚

閥體是熔鹽截止閥的主要零部件，除承受管道介質的壓力、溫度以及閥門的操作力和管路上的一些不可預測的載荷外，還要能夠抵抗工作介質的腐蝕和沖刷。

式中：SB——最小壁厚，mm；

Dn——計算內徑，mm；

p——設計壓力，mm；

［σL］——材料許用拉應力，MPa；

C——附加余量，mm。

1.3 片堿熔鹽截止閥閥桿

熔鹽截止閥的閥桿在關閉時，閥桿受到壓力作用而密封關閉。

熔鹽截止閥的閥桿壓應力σy＝QFZ／F≤［σy］

式中：σy——閥桿軸向壓應力，MPa；

QFZ——閥桿軸向壓力，N；

F——閥桿最小截面積，mm2；

［σy］——閥桿許用壓應力，MPa。

2 片堿熔鹽截止閥流體特點

由于熔鹽截止閥使用的工況為高溫高壓，因此該閥門的設計加工材料采用的耐高溫高壓合金鋼，在高溫下具有較高的熱強性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。閥體采用整體焊接結構，結構簡單，工作時流體阻力系數小。本文通過有限元分析展示了流體數值模型（圖3）。

圖3 片堿熔鹽截止閥流體模擬

圖3中假設的片堿濃縮裝置熔鹽系統中截止閥的進口流體速度為4m／s，經過ansys計算流體分析軟件數值場模擬分析，從流體模型上可以看出，流速最高的流體出現在閥體的閥瓣的上面，即閥體的中間部位，在閥座和閥瓣密封面之間處的流速相對比較低，因此閥瓣和閥座密封面受流體沖刷相對較小。

3 “泉舜”牌片堿熔鹽截止閥主要零部件加工特點

3.1 密封面堆焊處理

在閥座和閥瓣密封面加工制造過程中，考慮到介質中存在的固體顆粒，在關閉過程中密封面可能會受到磨損，所以密封面硬度要求比較高。閥瓣和閥座密封面上堆焊了一層厚度δ≥3mm的硬質合金，密封面表面硬度HRC≥46～50。

3.2 加工難度高

由于密封面堆焊了硬質合金金屬，硬密封的密封面光潔度要求比較高。鑒于閥座和閥瓣的特殊外形，需要配有專用的研磨機床。閥瓣和閥座經過單獨研磨之后還需要配研處理。由于該閥門應用于高溫高壓條件下，閥體和閥蓋的焊接采用連續焊縫，焊接時并進行相應的熱處理，同時焊接后還需要進行超聲波探傷檢驗以防止有各種觀察不到的焊接缺陷。

4 結 語

為了適應片堿濃縮裝置熔鹽系統，片堿熔鹽截止閥主體材料采用耐熱合金鋼經過焊接而成。閥蓋上設有預熱結構，系統停車檢修防止閥腔內介質結晶，而導致閥桿卡死現象發生。閥座和閥瓣密封面堆焊特殊的硬質合金，且密封面堆焊技術和配合研磨難度比較大。但經過現場長期的應用，密封面堆焊這種合金耐磨損程度大大提高。與傳統的閥門相比，河南泉舜流體控制科技有限公司生產的“泉舜”牌片堿熔鹽截止閥，在結構上和工藝上有了較大的改進，能滿足片堿濃縮裝置熔鹽系統高溫高壓的現場要求，在片堿及其他苛刻工況下將會有廣泛的應用前景，同時使用現場減少了閥門頻繁的拆卸清洗次數，提高工作效率，隨之帶來良好的經濟效益和社會效益。

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2012－09－18