汽化爐角型壓力平衡柱塞閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

劉智，吳玉良，張智博，胡世強(qiáng)，曹甲亮，李茂朋

（特技閥門集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325105）

0 引言

在黑水、廢渣水以及灰水當(dāng)中，均含有強(qiáng)腐蝕性的氯離子、硫化氫以及磷酸鹽等介質(zhì)，并且大多數(shù)工段進(jìn)出口都存在高壓差，固液氣多相混合含顆粒介質(zhì)，其特殊復(fù)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(tǒng)的工藝管線上主要采用進(jìn)口的結(jié)構(gòu)形式為偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥和單座角式黑水閥（圖1和圖2），其結(jié)構(gòu)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(gè)月，而國內(nèi)產(chǎn)品僅僅使用半個(gè)月左右。受此影響，裝置運(yùn)行需要頻繁地更換閥門，既浪費(fèi)工時(shí)又加大了生產(chǎn)成本。雖然這幾年國內(nèi)多數(shù)企業(yè)在研發(fā)方面投入很大，但收獲甚微，由于黑水介質(zhì)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(xiàn)有角式閥芯內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)

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(xiàn)有典型角式黑水閥結(jié)構(gòu)圖）（圖2：現(xiàn)場典型角式黑水閥）。

圖1 現(xiàn)有典型角式黑水閥結(jié)構(gòu)圖

圖2 現(xiàn)場典型角式黑水閥

1.2 特點(diǎn)

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(jié)而成，精密加工并研磨后其硬度可以達(dá)到HRC60以上，達(dá)到耐磨耐高溫目的，從而提高使用壽命。

1.3 缺點(diǎn)

當(dāng)閥門安裝在管線開啟和關(guān)閉時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥桿需要做多回轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)全開或者全關(guān)；閥桿和填料密封組件在多回轉(zhuǎn)的過程中一直在不斷旋轉(zhuǎn)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(nèi)部處于懸空狀態(tài)，當(dāng)介質(zhì)從左側(cè)管道進(jìn)來后，直接對閥芯頭部形成沖刷，高速介質(zhì)的沖撞，很快閥芯頭部會(huì)形成蜂窩狀凹凸不平的坑，嚴(yán)重時(shí)，在閥座的密封表面同樣會(huì)因?yàn)槠g而被損壞；此時(shí)當(dāng)閥芯再次關(guān)閉時(shí)，閥芯就不能同閥座形成有效密封，導(dǎo)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(xiàn)懸臂梁狀態(tài)，此時(shí)高壓高速介質(zhì)附帶煤渣對閥桿表面的沖擊力，很容易使閥桿產(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)圖）（圖4：現(xiàn)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(jié)構(gòu)圖

圖4 現(xiàn)場新型角型壓力平衡柱塞閥

2.2 特點(diǎn)

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(jié)構(gòu)。開關(guān)過程中，閥桿旋轉(zhuǎn)45°帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)即可。閥芯上下有定位臺(tái)階，確保閥芯在上下始終保持有固定位置。

2.3 優(yōu)點(diǎn)

與現(xiàn)有角式單座結(jié)構(gòu)相比，開關(guān)速度更快，閥芯只需要做90°旋轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)全開關(guān)；閥門開啟后，介質(zhì)的回旋主要在閥芯內(nèi)腔，所產(chǎn)生的汽蝕、閃蒸也均在內(nèi)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(guān)過程中，有剪切作用，尤其是對于黑水介質(zhì)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(guān)旋轉(zhuǎn)過程中始終保持穩(wěn)定的位置，不存在和現(xiàn)有單座角閥那種懸空的狀態(tài)，所以閥芯閥桿不會(huì)有斷裂的危險(xiǎn)[2]。對于閥芯的流道口，可以根據(jù)管道流量實(shí)際需要，設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)等比例等多種調(diào)節(jié)方式、也可以直接做成開關(guān)型切斷用閥；柱塞閥芯的結(jié)構(gòu)，和現(xiàn)有單座結(jié)構(gòu)相比，閥座位置無縮徑，可調(diào)節(jié)比可達(dá)到10000：1，調(diào)節(jié)范圍廣，對提供的工藝參數(shù)準(zhǔn)確性要求低；其次，現(xiàn)有直行程結(jié)構(gòu)黑水閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部為上下運(yùn)動(dòng)（見圖2），安裝空間要求大，新型柱塞閥為角形成的結(jié)構(gòu)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，安裝空間更小（對比圖2和圖4）。

3 其它應(yīng)用

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

4 結(jié)語

新型角型壓力平衡柱塞閥的結(jié)構(gòu)在多個(gè)方面，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有角式黑水閥芯內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)，尤其是在惡劣固液氣多相混合的汽化爐黑水介質(zhì)工況下具有更高的可靠性，服務(wù)運(yùn)行時(shí)間是同類其它閥門的數(shù)倍，且不會(huì)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(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足基本的標(biāo)準(zhǔn)要求之外，還必須結(jié)合實(shí)際工況，從提高產(chǎn)品的壽命上綜合考慮，從而保證閥門在實(shí)際環(huán)境中安全、穩(wěn)定運(yùn)行。