滑板切斷閥在聚烯烴裝置PDS 場合的應用

潘 錦，魯正樂

（1.蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西渭南 715500；2.川武自動化科技（西安）有限公司，陜西西安 710061）

1 聚烯烴排料閥（PDS 閥）的現狀

（1）聚烯烴排料閥。聚丙烯和聚乙烯等聚烯烴裝置在大型乙烯石化項目和甲醇制烯烴項目中屬于主體裝置，其工藝是由氣相原料反應生產固體聚合物的復雜過程。影響裝置連續長周期安全運行的因素較多，產品排料系統的排料閥是否可靠是重要的因素。

以采用UNIVATION 工藝包的聚烯烴裝置為例，在催化劑作用下，流化床反應器中的氣相聚乙烯（聚丙烯），經過反應生成粉狀的聚乙烯（聚丙烯）。當粉狀的產品在反應器床層堆積一定量時，PDS（Product Discharge System，產品排料系統）會自動控制出料操作，出料管線上的閥門就是產品排料閥，即PDS 閥。一般反應系統配有2 套PDS。

1#PDS 和2#PDS 對稱配置，分別帶有AA、GG、A、B、C、D、E、G、H、J、L、M、P（含P1，P2，P3）等PDS 閥，其中PDS 閥X 和W是兩條PDS 公用的平衡閥。其中AA 閥和GG 閥為手動操作閥，其他閥門是自動控制的氣動球閥。

（2）聚烯烴排料閥需要滿足的工藝要求。聚烯烴工藝技術的特點使得PDS 閥門必須滿足以下要求：①極高的動作頻率，PDS 閥門的年動作次數約30～50 萬次；②大量聚合反應出的產品顆粒會對閥門密封面的造成磨蝕；③聚乙烯顆粒具有自聚特性，一旦進入閥腔會自聚越來越大，影響閥門動作而最終可能抱死閥門；④需要的密封等級最低要求為Ⅵ級密封；⑤部分高壓差下動作的閥門，會在小開度時承受粉料或者粒料產品對閥門的沖刷，這種沖刷會破壞閥門密封；⑥聚合反應的溫差變化大，特別是生產聚丙烯的裝置，在緊急事故情況下，丙烯在高壓時會形成低溫，要求閥門適應低溫到-45 ℃；⑦閥門開關時快速動作，如要求6 英寸（15.24 cm）口徑及以下的閥門，開關時間在1.5 s 內，6 英寸口徑以上的閥門，開關時間在2.5 s 內。

（3）PDS 閥門存在的問題。球閥作為出料閥，雖然做了許多針對性的設計和加工，如采用無空腔設計、增強閥桿軸承、球面鏡面處理、流道拋光、硬化處理等，但是依然不能滿足長周期生產的需要，存在的主要問題是：①由于球閥的結構性的問題，閥球的磨損和閥腔的積料不能避免；②閥門的實際開閉扭矩會大于氣動執行機構（扇形執行機構或者撥叉式）的設計扭矩；③高頻次的動作以及超負荷使用嚴重影響氣動執行機構的壽命，進而影響閥門的整體壽命；④在工況異常情況下，如出現皮帶料或拉絲料，球閥必須下線解體清理，勞動強度大，維護和檢修成本高；⑤選用進口品牌閥門價格高。

針對這一現狀，國內廠家在致力于攻關，某儀表有限公司近年開發的滑板切斷閥，應該具有比較好的應用前景。

2 滑板切斷閥的結構及特點

滑板切斷閥結構簡單，類似于一個8 字形盲板，有盲和通兩個位置，直行程動作（圖1）。滑板切斷閥的閥板和閥座經過硬化研磨形成鏡面，實現長久零泄漏；閥座為浮動閥座。滑板切斷閥的特點有以下3 個特點：

圖1 滑板切斷閥外形

（1）面密封和隱藏式密封。面密封是滑板切斷閥區別于其他類型閥門的本質特征，其結構有2 個優點：①閥門具有更大的磨蝕裕度，在同樣的介質工況下，面密封結構的閥門具有更長的使用壽命；②在密封面沒有完全磨蝕掉以前，閥門可以一直保持零泄漏。

隱藏式密封是指閥門在開關過程中以及全開時，閥座和閥板密封面受到的磨蝕相比球閥等來說，要小很多。球閥的流體形態模擬如圖2 所示，可以看出閥門小開度時，工藝介質直接沖刷閥座。滑板切斷閥的流體形態模擬如圖3 所示。滑板閥的密封面在全開和全閉時全部隱藏，不受介質沖刷磨損。閥門在半開時，因介質流向與密封面成90°，介質從順著密封面外沿流道流過，對密封面的直接沖刷減到最小。即使外沿有一定的磨損，閥門結構采用的是面密封結構，密封面有一定寬度，也不會降低密封效果。

圖2 球閥的流體狀態模擬

圖3 滑板切斷閥的流體狀態模擬

（2）鏡面配合。滑板切斷閥的閥板和閥座經過硬化研磨，形成鏡面配合，整個閥板的表面粗糙度控制在0.2 μm 左右。由于閥座是浮動閥座，所以在保證閥座和閥板之間零泄漏的同時，還可以確保閥板動作的靈活。工廠加工的閥板鏡面如圖4 所示。滑板切斷閥是直行程動作的閥門，每開關動作一次，閥板閥座相當于自研磨一次。所以對于滑板切斷閥來說，在鏡面不破壞的前提下，它的密封性能會越來越好。閥板和閥座的鏡面配合是滑板切斷閥的生命線，所以其材料選擇、硬化處理、加工研磨的要求非常高。

圖4 閥板鏡面

（3）剪切力極強。由于滑板切斷閥是直行程動作的閥門，工藝介質的流動方向和閥板的運動方向垂直，同時由于閥板和閥座進行足夠的硬化處理和研磨，所以滑板切斷閥具有極強的剪切力。其適合聚烯烴的異常工況，即正常粉料變成皮帶料和拉絲料的情況，滑板切斷閥可以輕易剪斷物料，閥門動作不受影響。另外自潔功能也是滑板切斷閥的本質特點，閥門動作時，閥板上粘附的物料會被輕松地刮掉。

（4）執行機構扭矩小且保持不變。考慮到工藝介質的壓力方向與閥門動作方向垂直，閥門密封面硬度高、表面光潔、摩擦系數小，滑板閥所需要的執行機構扭矩要小。由于滑閥沒有球閥意義上的閥腔，物料和閥板之間只做相對位移，消除了球閥閥球和物料的硬磨擦或者擠壓現象，所以滑閥的開啟關閉扭矩長時間可以保持在設計范圍內。滑板切斷閥是直行程動作閥門，球閥是角行程動作閥門，兩種閥門的執行機構也不同。直行程動作閥門的執行機構是雙作用活塞式氣動執行機構，結構簡單可靠，除了活塞外幾乎沒有可動部件；而球閥采用的角行程機構，不僅有活塞的直行程運動，還要把活塞的直行程運動變為球閥需要的角行程運動，所以可動部件較多。

PDS 場合使用的閥門是高頻動作閥門，根據不同項目的統計，執行機構的故障要占到閥門總故障的50%，對生產的影響非常大。所以對高頻場合而言，簡單可靠的直行程執行機構要優于復雜昂貴的角行程執行機構。采用直行程氣動執行機構的閥門在某殼牌氣化爐煤粉鎖斗泄壓場合已經使用了7 年多（圖5），動作頻率1 次/（30 min），閥門和氣缸沒有任何問題。

圖5 煤粉鎖斗泄壓閥（12 英寸600#）

3 滑板切斷閥的閥腔

（1）閥腔積料問題。對于固體物料場合，滑板切斷閥的閥腔是一個短板，閥腔積料會影響閥門的行程。考慮到PDS閥門動作頻率高，閥門開關過程中管道和閥腔聯通，如果是主物料閥（DN300 CL300），會有粉料進入閥腔，進入粉料的多少和閥門安裝方位有關，垂直管道安裝的閥門進入閥腔的粉料相對較少。如果粉料堆積到一定程度，會影響到閥門的正常開啟。解決閥腔積料的方法，可以結合現場的具體情況進行選擇。

對于全固體粉料場合或者固含量很高的場合，可以采用全封閉結構（圖6）解決這個問題。使用這種結構時，開關過程中帶入的粉料存在全密封結構內，不會落入閥腔，下一次動作時，存在于全密封結構內的粉料會被帶回管道內，從而避免了閥腔積料。

圖6 全密封結構

解決閥腔積料的第2 種方法是吹掃，吹掃氣的選擇以及吹掃氣壓力和流量等參數要必須滿足工藝的要求。有些聚烯烴工藝包中，PDS 閥門本身就設計吹掃管線，并合理地使用循環氣做吹掃氣。這種情況下，可以采用標準結構的滑板切斷閥，把循環氣引入閥腔，當閥門動作過程中閥腔和管線聯通時，高壓的循環氣帶著粉料進入下游管道或設備，可以解決閥腔積料問題。

（2）分體式閥腔結構。滑板切斷閥的閥腔也有其有利的一面，例如用于PDS 場合的滑板切斷閥可以做成分體式結構，或者在閥腔的下游一側開個大小合適的孔，平時用盲板盲死。閥腔的底蓋示如圖7 所示。當工況異常時，如果不是全密封結構的閥門，就會有塊料進入閥腔，但對于滑板切斷閥來說，只需要拆下閥門底蓋或盲板就可以方便地清理閥腔內的物料，省去了閥門下線解體的麻煩。

圖7 閥腔底蓋

4 結束語

滑板切斷閥的結構和特點完美地契合聚烯烴出料工況（PDS）對閥門的所有要求，是PDS 場合進口高頻球閥國產化的一個理想選項。