片堿熔鹽截止閥在熔鹽系統(tǒng)的應(yīng)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(tǒng)的應(yīng)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(duì)片堿熔鹽系統(tǒng)介質(zhì)在高溫高壓工況下為液態(tài)，停車檢修時(shí)介質(zhì)在常溫下易結(jié)晶的特點(diǎn)，河南泉舜流體控制科技有限公司設(shè)計(jì)出“片堿熔鹽截止閥”，該閥采用耐高溫材料和預(yù)熱結(jié)構(gòu)，閥體采用整體焊接，流體阻力系數(shù)小而結(jié)構(gòu)緊湊，適合片堿熔鹽系統(tǒng)及其他苛刻工況條件下使用。

片堿熔鹽截止閥；預(yù)熱結(jié)構(gòu)；高溫高壓；易結(jié)晶

在片堿濃縮裝置熔鹽系統(tǒng)，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(shí)，系統(tǒng)管道壁和閥腔壁面易產(chǎn)生結(jié)晶。如果常溫下啟動(dòng)閥門，由于大量結(jié)晶體存在于閥腔內(nèi)部，易導(dǎo)致閥桿卡死現(xiàn)象發(fā)生。長(zhǎng)期以來，閥門結(jié)晶問題一直都是片堿熔鹽裝置的技術(shù)瓶頸，頻繁的拆卸清洗維護(hù)不但增加了企業(yè)的成本，還嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。

1 “泉舜”牌片堿熔鹽截止閥的原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(dòng)的閥門，當(dāng)閥瓣從閥座位置移開時(shí)，閥座和閥瓣密封面之間就不再接觸，因而他的機(jī)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(tǒng)經(jīng)常檢修的場(chǎng)合。

當(dāng)系統(tǒng)需要停車檢修時(shí)，整個(gè)輸送系統(tǒng)的溫度降低到接近常溫，閥門腔體內(nèi)和管路內(nèi)的熔鹽易結(jié)晶，從而造成閥門的閥桿無法轉(zhuǎn)動(dòng)，最終使閥瓣無法正常啟閉。為此該閥設(shè)計(jì)了預(yù)熱結(jié)構(gòu)（圖2），在閥門啟動(dòng)前，通過預(yù)熱結(jié)構(gòu)上的進(jìn)口管向預(yù)熱腔內(nèi)通入熱蒸汽或熱水，使熱蒸汽或熱水通過預(yù)熱結(jié)構(gòu)和閥腔內(nèi)結(jié)晶的熔鹽進(jìn)行熱交換，使熔鹽在閥腔內(nèi)保持溶化狀態(tài)，同時(shí)減小了轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhì)的壓力、溫度以及閥門的操作力和管路上的一些不可預(yù)測(cè)的載荷外，還要能夠抵抗工作介質(zhì)的腐蝕和沖刷。

式中：SB——最小壁厚，mm；

Dn——計(jì)算內(nèi)徑，mm；

p——設(shè)計(jì)壓力，mm；

［σL］——材料許用拉應(yīng)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(guān)閉時(shí)，閥桿受到壓力作用而密封關(guān)閉。

熔鹽截止閥的閥桿壓應(yīng)力σy＝QFZ／F≤［σy］

式中：σy——閥桿軸向壓應(yīng)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(yīng)力，MPa。

2 片堿熔鹽截止閥流體特點(diǎn)

由于熔鹽截止閥使用的工況為高溫高壓，因此該閥門的設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作時(shí)流體阻力系數(shù)小。本文通過有限元分析展示了流體數(shù)值模型（圖3）。

圖3 片堿熔鹽截止閥流體模擬

圖3中假設(shè)的片堿濃縮裝置熔鹽系統(tǒng)中截止閥的進(jìn)口流體速度為4m／s，經(jīng)過ansys計(jì)算流體分析軟件數(shù)值場(chǎng)模擬分析，從流體模型上可以看出，流速最高的流體出現(xiàn)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(duì)比較低，因此閥瓣和閥座密封面受流體沖刷相對(duì)較小。

3 “泉舜”牌片堿熔鹽截止閥主要零部件加工特點(diǎn)

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(zhì)中存在的固體顆粒，在關(guān)閉過程中密封面可能會(huì)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(zhì)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(zhì)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(jī)床。閥瓣和閥座經(jīng)過單獨(dú)研磨之后還需要配研處理。由于該閥門應(yīng)用于高溫高壓條件下，閥體和閥蓋的焊接采用連續(xù)焊縫，焊接時(shí)并進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，同時(shí)焊接后還需要進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)以防止有各種觀察不到的焊接缺陷。

4 結(jié) 語

為了適應(yīng)片堿濃縮裝置熔鹽系統(tǒng)，片堿熔鹽截止閥主體材料采用耐熱合金鋼經(jīng)過焊接而成。閥蓋上設(shè)有預(yù)熱結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)停車檢修防止閥腔內(nèi)介質(zhì)結(jié)晶，而導(dǎo)致閥桿卡死現(xiàn)象發(fā)生。閥座和閥瓣密封面堆焊特殊的硬質(zhì)合金，且密封面堆焊技術(shù)和配合研磨難度比較大。但經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期的應(yīng)用，密封面堆焊這種合金耐磨損程度大大提高。與傳統(tǒng)的閥門相比，河南泉舜流體控制科技有限公司生產(chǎn)的“泉舜”牌片堿熔鹽截止閥，在結(jié)構(gòu)上和工藝上有了較大的改進(jìn)，能滿足片堿濃縮裝置熔鹽系統(tǒng)高溫高壓的現(xiàn)場(chǎng)要求，在片堿及其他苛刻工況下將會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景，同時(shí)使用現(xiàn)場(chǎng)減少了閥門頻繁的拆卸清洗次數(shù)，提高工作效率，隨之帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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1005－8370（2012）06－36－02

2012－09－18