1 概述 在煤化工系統(tǒng)中高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐及高閃罐頂分離器等系統(tǒng)設(shè)備上的閥門使用工況苛刻，流體介質(zhì)主要為高溫的黑水、渣水及灰水。黑水、渣水及灰水含有氯離子、氨、鉀鹽、硫化氫或磷酸等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，并且閥門前后壓差大。在節(jié)流口，流體介質(zhì)混雜著硬質(zhì)顆粒高速流動(dòng)，具有強(qiáng)大的動(dòng)能，閥門的閥芯或閥座等表面很快被沖出流線形的細(xì)槽，形成侵蝕，同時(shí)有阻塞流發(fā)生，高速流體產(chǎn)生閃蒸或空化。介質(zhì)在閥腔內(nèi)的聚泡爆裂過程，會釋放很大的能量，對閥體內(nèi)部及節(jié)流元件等零件產(chǎn)生強(qiáng)力破壞，形成氣蝕。對于閥門性能要求必須達(dá)到耐高腐蝕、耐高沖刷和耐高溫度的要求。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，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。為此研制開發(fā)了文丘里黑水調(diào)節(jié)閥（黑水調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品號：ZL20102018665310）。
2 技術(shù)參數(shù)
公稱通徑 變徑進(jìn)口10in（250mm）
出口28in（700mm）等
公稱壓力 ANSI900LB
工作介質(zhì) 黑水、渣水、灰水等
流量特性 等百分比
泄漏等級 ANSIB104IV
可調(diào)比 50
內(nèi)件材料 特殊碳化鎢整體燒結(jié)
工作溫度 200-425°C
3 型式選擇
煤化工系統(tǒng)原工藝選擇偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥，雖然能夠滿足工藝要求，但是偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式?jīng)Q定其耐沖刷能力差。傳統(tǒng)的單座閥門允許前后壓差小，無法滿足壓差要求。如果是清潔介質(zhì)，套筒閥將是的閥門，但是由于介質(zhì)含有大量固體顆粒的原因無法使用。最終確定特殊種類的單座角式調(diào)節(jié)閥，既有傳統(tǒng)單座閥的優(yōu)點(diǎn)，又有套筒閥的耐壓差大和能量沖擊消耗的特點(diǎn)，并且是有清潔作用的高進(jìn)低出閥門，設(shè)計(jì)了特殊種類的文丘里黑水調(diào)節(jié)閥。
4 結(jié)構(gòu)性能
4.1 閥體
閥體不僅是閥門主要承壓件，也是所有零件連接安裝的核心零件，并決定著閥門的結(jié)構(gòu)及性能。閥體設(shè)計(jì)成腰鼓型，并且對閥座和導(dǎo)向套采用了改進(jìn)后的安裝方式。其優(yōu)點(diǎn)為①閥體分為上下兩腔，導(dǎo)向套安裝在上下腔隔離面上，從而使導(dǎo)向套大幅下移，解決了高進(jìn)低出單座閥閥芯的穩(wěn)定性，避免高頻振動(dòng)的噪聲及提高了閥芯的壽命。②在上下兩腔的隔離面上設(shè)計(jì)平衡孔，在導(dǎo)向套上設(shè)計(jì)平衡槽，不僅達(dá)到套筒閥壓力平衡的作用，同時(shí)也能使閥芯與導(dǎo)向套實(shí)現(xiàn)自清潔，避免閥芯、導(dǎo)向套刮傷和卡塞等問題。③閥體上腔介質(zhì)不直接流過，僅通過平衡孔對流，不僅介質(zhì)顆粒減少，而且在靠近上閥蓋與閥體的上腔空間，會形成介質(zhì)死區(qū)，顆粒介質(zhì)無法流入填料函內(nèi)，從而保證閥門無外泄漏，避免閥桿與填料在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)刮傷的問題。④閥體下腔為流道，為防止沖蝕，流道表面噴涂碳化鎢，并且下腔設(shè)有倒流翼，防止渦流對閥芯及內(nèi)件的沖蝕。
4.2 閥芯、閥桿、導(dǎo)向套
閥芯是調(diào)節(jié)流量的關(guān)鍵件，也是沖蝕最嚴(yán)重的零件之一，對閥芯結(jié)構(gòu)及材料的選擇決定了閥門的性能。而導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)，對閥芯穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)性及運(yùn)動(dòng)性都起決定作用。導(dǎo)向套安裝在上下腔隔離面上，使導(dǎo)向面下移穩(wěn)定閥芯，克服了傳統(tǒng)文丘里角閥高進(jìn)低出時(shí)的高頻振動(dòng)、噪聲及調(diào)節(jié)性能不好問題。在導(dǎo)向套內(nèi)孔設(shè)有凹槽，與隔離面上的孔形成壓力平衡效果。導(dǎo)向套的內(nèi)孔及暴露在流道區(qū)的外圓都經(jīng)過表面硬化處理，保證內(nèi)孔的耐磨性能、外圓的抗沖蝕性能。
閥芯采用特殊碳化鎢整體燒結(jié)成型（硬度≥89HRA），具有一定的抗沖擊性能和良好的抗腐蝕性能。閥芯與閥桿連接，既保留了閥芯高硬度、高耐磨和抗腐蝕的特性，又使閥芯組件具有了相當(dāng)韌性，杜絕了閥芯組件脆裂現(xiàn)象發(fā)生。在閥芯上設(shè)有螺旋導(dǎo)槽，與導(dǎo)向套的凹槽形成刮刀效應(yīng)，避免了閥芯與導(dǎo)向套間隙沖入顆粒卡塞和刮傷。同時(shí)與隔離面的孔形成流動(dòng)平衡，帶走槽內(nèi)顆粒，實(shí)現(xiàn)自清潔功能。
4.3 閥座、文丘里基座、變徑法蘭
閥座、文丘里基座由閥體與變徑法蘭通過螺紋夾緊連接，從而組成閥座部件。閥座的安裝位置與傳統(tǒng)閥座安裝不同，其優(yōu)點(diǎn)是在現(xiàn)場只需將變徑法蘭拆下，即可對閥門進(jìn)行在線維護(hù)。煤化工系統(tǒng)中流體介質(zhì)對閥芯、閥座及介質(zhì)出口部位的沖刷和腐蝕特別嚴(yán)重，此設(shè)計(jì)保證了閥門關(guān)鍵節(jié)流易損件的方便更換，降低用戶的運(yùn)營成本。閥座及文丘里基座直孔段采用特殊碳化鎢整體燒結(jié)后鑲嵌至不銹鋼基材上，在調(diào)節(jié)過程中閥芯、閥座承受的沖蝕，所以通過采用整體特殊碳化鎢合金材料來抵御介質(zhì)的沖蝕。鑲嵌式結(jié)構(gòu)保證了閥座既有很高的硬度，又有很強(qiáng)的韌性。裸露的流道部分及文丘里管擴(kuò)散段內(nèi)孔均采用噴涂碳化鎢，保證了閥座組件的整體性能。
介質(zhì)在流經(jīng)閥座時(shí)有阻塞流發(fā)生，高速流體產(chǎn)生閃蒸、空化，介質(zhì)在閥腔內(nèi)的聚泡爆裂過程，會釋放很大的能量，對閥體內(nèi)部及節(jié)流元件等零件產(chǎn)生強(qiáng)力破壞，形成氣蝕。而文丘里基座的設(shè)計(jì)，減少了壓力恢復(fù)時(shí)氣泡的數(shù)量，降低了氣蝕破壞，使氣蝕盡可能發(fā)生在擴(kuò)散段內(nèi)，從而保證下游管壁不被破壞，降低下游管件因氣蝕造成的安全隱患。
5 結(jié)語
文丘里黑水調(diào)節(jié)閥已成功應(yīng)用在煤化工工藝系統(tǒng)上，它改變了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥閥座與閥體的安裝方式，實(shí)現(xiàn)了在線安裝和維修等。與傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥理念有著非常大的創(chuàng)新，解決了煤化工系統(tǒng)閥門耐高腐蝕、耐高沖刷和耐高溫的難題，保證了煤化工工藝系統(tǒng)的需要，節(jié)約了生產(chǎn)成本。文丘里黑水調(diào)節(jié)閥在其他苛刻工況領(lǐng)域也將有廣泛的應(yīng)用前景，并會產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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