淺談窯氣復線調節閥的改型設計

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(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

淺談窯氣復線調節閥的改型設計

鄭賀伍，鄭忠山，陳順利，羅海貴，朱建新

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

對調節閥因結構不合理導致的粉塵淤積、失效、檢修頻繁等問題進行了闡述，并詳細介紹了對其實施改型設計的內容和預期效果。

石灰窯氣；調節閥；閥體；改型；設計

我公司的純堿制造過程中，使用10臺混料式機械化豎窯進行CO2氣體(簡稱窯氣)的生產。含塵量較大的窯氣經過窯頂的出氣管道及出氣復線管道進入到旋風分離器、窯氣洗滌塔及靜電除塵器進行冷卻、除塵后，再經壓縮工序送至碳化塔與氨鹽水進行碳酸化反應，用于Na2CO3、H2O的制備。每臺石灰窯的出氣復線管道(簡稱窯氣復線)上均安裝有DN500的氣動調節閥，用于窯氣輸送量的調節。由于該調節閥的閥體結構設計不合理，在窯氣輸送過程中，大量的粉塵進入到閥體填料函中，造成淤積后，阻滯了閥板的開關，導致閥門不能正常使用，檢修及更換頻繁，不僅嚴重影響生產，更大幅增加了設備維護過程中的安全風險。因此，對該型調節閥進行改型非常迫切。

1 現有調節閥結構簡述

目前在用的調節閥由氣動閥頭和閥本體構成，其中的閥本體均為蝶閥形式。閥本體的結構如圖1所示，是由閥體、閥板、閥軸及填料函和填料函內的石墨填料、閥頭座等構成的。其中，閥體為鑄造件，利用法蘭與管道相連；2個填料函內均安裝有多層石墨填料，用以實現閥體的密封以及對閥軸的潤滑，閥軸穿過閥頭座和閥體，與閥板連接后在氣動閥頭的驅動下進行閥門的啟閉和調節；閥頭座用于安裝氣動閥頭，在PLC的控制下使用0.4 MPa的壓縮空氣驅動閥軸轉動，從而實現閥板的啟閉和調節作業。該閥體具有結構簡單、調節方便、堅固耐用的優點，但由于結構設計過于簡單，也存在密封效果差、輸送含塵氣體容易造成粉塵顆粒在填料函內淤積的缺陷。

1.閥體 2.閥板 3.閥軸 4.填料函 5.石墨填料 6.閥頭座圖1 閥本體結構簡圖

2 存在的問題

因現有閥門在閥體和填料函之間以及閥軸和填料之間均無任何輔助密封機構，使得粉塵直接竄入到填料與閥軸間的縫隙，并分別粘附在填料和閥軸上，隨閥軸的轉動加速填料的磨損。同時，由于填料函內沒有填料自動推送(或填充)裝置，填料在使用過程中逐漸磨損后，不能夠及時壓緊或填充，從而使填料函內的填料越來越少，空隙也越來越大，填料函的密封作用逐步喪失，導致粉塵大量淤積到填料函內，不斷加大對閥軸轉動的阻滯，最后，閥軸無法轉動，使閥門徹底失去調節作用。

由于窯氣復線的調節閥均安裝在窯頂，距離地面高度近30 m，閥門檢修或更換比較困難，作業時間長，對生產影響非常大。同時，由于管道內的窯氣，在閥門拆卸及安裝過程中，均會產生大量泄漏，雖然采取了加大負壓等措施，將窯氣泄漏時間縮短，但還是因窯氣中含有CO氣體，在檢修過程中出現的短時大量泄漏，極易發生施工人員的CO中毒及氣體燃爆，造成極其嚴重的安全生產事故，給人身安全和生產運行埋下了重大隱患。

3 調節閥改型設計

對現有調節閥的改型，主要是針對閥體的改造設計。故擬對閥體進行如下的結構改進：填料函結構優化，將原填料函平直的光滑內壁，改為臺階式內壁，并在其中安裝氟橡膠骨架油封和軸承，且在填料函上安裝潤滑油杯，實現密封和潤滑方式的改變；將原閥門的光軸改為臺階軸，消除閥軸的軸向竄動，實現閥軸在閥體中的準確定位，提升閥軸轉動的穩定性和準確性；將原碳鋼材質的閥板改為不銹鋼，提升閥門的耐腐蝕性能。改型后的閥門簡圖見圖2。

1.閥體 2.閥板 3.閥軸 4.填料函 5.骨架油封 6.軸承 7.閥頭座 8.潤滑油杯圖2 改型后閥門結構簡圖

4 新閥門的特點

改型后的新閥門，具有結構簡單、造價低廉、密封效果好、調節靈活、便于維護的特點。在微負壓狀態下，填料函內安裝耐高溫的氟橡膠骨架油封后，在窯氣溫度達到200 ℃以上的非正常條件下，依然可有效阻斷窯氣粉塵沿閥軸與油封接觸部位竄入，防止粉塵顆粒進入軸承內部，造成軸承非正常的磨損；

深溝球軸承的使用，可大幅提升閥板啟閉的靈活性，提高工藝操作的可靠性；同時，油封和軸承之間可形成儲油室，其間加注耐高溫的二硫化鉬鋰基脂。該潤滑脂的耐高溫特性，可使其在高溫下的性狀不發生改變，避免了普通潤滑脂在高溫下的汽(液)化現象，既能對軸承和油封進行良好潤滑，又能改善油封與閥軸間的密封性能；利用填料函上加油孔，可通過潤滑油杯對儲油室注油，實現對軸承和油封的不間斷潤滑，確保閥門始終處于良好的工作狀態。由于新閥門能夠有效隔絕粉塵進入到填料函內，消除了因粉塵淤積導致的閥軸運轉阻滯，閥板啟閉和調節靈活可靠，故該型閥門可顯著延長使用周期，實現1～2年內的無故障運行，提升化工生產的穩定性。

5 結 語

目前在用的調節閥由于結構設計不合理，不適應我公司窯氣輸送的需要，導致經常對其進行檢修或更換。在工藝操作不穩定造成窯況波動較大，窯氣含塵量增加時，閥門的檢修、更換更加頻繁，甚至新安裝的閥門僅能使用一個月，就需進行檢修或更換閥門，10臺窯所用的閥門一年內至少更換1～2次，每年需購置20臺以上的閥門用于備機，不僅大幅增加設備維護成本，還存在非常大的安全隱患。閥門改型后，可實現長周期的無故障運行，并可大幅減少檢修過程中因CO氣體泄漏，發生的人員中毒及氣體燃爆的事故隱患。同時，改型后的閥門制造成本低廉，制造工藝簡單，可利用公司現有技術力量和裝備進行自制，從而節省大量的采購資金，具有良好的經濟效益和社會效益。

[1] 潘鴻恩，孫錫吾. 純堿生產設備檢修與防腐[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1991

[2] 陸培文.實用閥門設計手冊(第三版)[M].北京：機械工業出版社，2012

TQ056.2

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1005-8370(2017)05-26-02

2017-01-10

鄭賀伍，唐山三友化工股份有限公司純堿公司制修車間副主任工程師。