淺淡盤閥在粉煤氣化中的應用

陸本壹

摘要：盤閥是通過滑動圓盤來實現開關的一種快開快關型閥門。其設計專門針對帶有磨損、沖蝕特性的含固體顆粒物料，它能在惡劣工況下連續長期的正常工作。針對粉煤輸送過程中的工藝條件，結合盤閥的結構特點，某工程中的二段粉煤輸送中的鎖斗閥嘗試由球閥改為盤閥。

關鍵詞：粉煤氣化；鎖斗閥；球閥；盤閥

粉煤加壓氣化工藝粉煤下料工段中鎖斗閥粉煤介質由高壓氮氣輸入、壓力高、開關動作頻率高，磨蝕非常嚴重。目前在這些工段上的閥門基本都采用硬密封球閥，絕大多數是進口的球閥。由于操作條件苛刻，和球閥構造自身特點，在使用過程中難免會出現很多具有普遍性的卡死故障和損壞，這已經成為制約粉煤氣化裝置長周期運行的瓶頸。

某示范工程，在其二段粉煤輸送鎖斗閥嘗試由傳統的球閥改為盤閥。

1、粉煤鎖斗閥的操作條件和選型

1.1 粉煤鎖斗閥的操作條件

某工程粉煤氣化粉煤鎖斗閥的操作介質為粉煤和氮氣，其中90wt%的粉煤粒度≤90μm，它的操作條件如下：操作溫度80C°，操作壓力3.8～0.02Mpa，閥門開啟/關閉時的壓差0.2～0.3MPa，閥門開啟/關閉次數為2次/h，閥門動作（開啟或關閉）時間≤50s。

1.2 粉煤鎖斗閥的選型

粉煤具有易粘附性和磨蝕性等特性，尤其是在高壓氮氣輸送的流速快情況下，這種特性表現得更為突出。針對此特性和鎖斗閥的操作條件，粉煤氣化裝置通常選用金屬硬密封球閥作為粉煤鎖斗閥，閥體材質采用碳鋼，球體、閥座和閥桿等內件的材質則采用雙相鋼不銹鋼襯Stellite合金[1]。

2、粉煤鎖斗閥現狀

目前，國內的粉煤加壓氣化裝置在干煤粉下料工段普遍采用的是雙球閥串聯方式，用于密相煤粉輸送的主管線閥門的平均無故障在線免維護時間在3～5個月，用于稀相平衡管線的閥門的平均無故障在線免維護時間在5～8個月。

作為鎖斗閥，球閥在運行中經常出現內泄漏和卡澀“憋壓”等故障[2]，這是由球閥的結構形式——雙密封面結構造成的，僅僅對球閥本身進行改進已無法解決這些問題，球閥存在難以克服的缺陷[3]。要解決鎖斗閥的問題，市場上推出盤閥來取代球閥。

3、盤閥的內部結構及工作原理

3.1內部結構

盤閥是通過滑動圓盤來實現開關的一種快開快關型閥門[4]。其內部結構如圖3.1所示：

1）閥座。垂直流線方向的寬大閥座，流線方向上磨損和沖蝕不會影響密封；

2）閥盤。旋轉剪切圓盤自旋轉、自研磨及增強閥座的自清潔能力，剪碎通過閥門的固體介質；

3）彈簧。補償溫度壓力變化引起的盤根應力變化，使應力保持均勻，延長盤根的壽命；

4）盤根。多重V型PTFE或石墨環和高碳盤根；

5）雙重軸套。防噴設計，同時提供了一個穩定密閉的盤根空間；

6）閥盤補償彈簧和彈簧柱。補償閥盤和閥座的磨損，并抵抗背壓，阻止物料進入密封面；

7）吹掃孔。合理優化的吹掃設計，可以最有效的吹掃堆積的物料。

3.2 工作原理

驅動裝置通過閥桿與搖臂使閥盤轉動一定的角度來實現閥門的開關[5]。閥盤密封面借助彈簧與閥座緊密貼合，彈簧壓力始終使閥盤緊密貼合在閥座上，又允許閥盤在密封面的垂直方向上有位移。這有助于補償閥門零件由熱脹冷縮而引起的形變和多次開關后產生的微量磨損，克服任何背壓變化對密封的影響并能防止顆粒介質進入密封面之間；在盤閥啟閉過程中，閥座密封面對閥盤在切線方向上的摩擦力之差，使閥盤在一個啟閉循環過程中產生自轉并可以不斷剪切與清掃在工藝過程中有可能堆積在閥腔內的介質，這些特點是其他閥門所沒有的。如圖3.2所示：

4、盤閥的優勢

4.1盤閥的優點

根據盤閥的結構形式和工作原理，盤閥有以下優點：①采用了平面密封，密封寬度遠大于球閥（最大能做到16mm）；閥腔空間大；②針對煤粉介質的特點，閥體材質采用碳鋼，球體、閥座和閥桿等內件選擇了相應的硬質合金材料，對于煤粉基本上不粘結，很好地解決了密封面之間硬質合金粘結的問題；③在開閉過程中，閥桿帶動閥盤作偏心移動，使閥盤在移動的同時產生自轉，對密封面產生自研磨和拋光清潔的作用，達到保護密封面、提高密封性能的目的，延長了閥門的使用壽命；④設置了開放的空腔，每次閥門開啟排泄物料時，閥腔對于流道偏心將會產生渦流，自行清掃閥腔內殘存的物料，避免了物料不斷堆積在閥腔內而將閥門卡死的現象；⑤閥軸采用無螺紋設計，而且閥軸只有轉動，沒有上下的平動，大大減少填料的磨損，增加了使用壽命；⑥閥盤借助強力彈簧緊密貼合，同時又允許閥盤在密封面的垂直方向上有微小的位移，彈簧壓力設計使其具有“壓力自泄放”功能，從根本上杜絕了“憋壓”的可能性；⑦盤閥的結構特性更適合高溫工況的應用。

4.2實際應用例證

2009年9月初，盤閥在云南大為制氨有限公司的粉煤氣化裝置中得到了應用。盤閥作為鎖斗閥取代了原先經常發生故障的兩臺進口球閥，一直平穩運行六個多月，共計4500多個小時，閥門開關始終平穩，順暢有力保障了粉煤鎖斗閥系統的長周期可靠運行。

5、結束語

無論從密封面的材料選擇，還是閥體的結構和密封形式上看，盤閥具有自身結構優越性，其先進性的平面密封理念和獨特的結構有效的解決了鎖斗閥運行過程中易出現的問題。當然，盤閥也有其自身的不足，盤閥的不足在于：盤閥的體積大，而且笨重，幾乎比同規格球閥重一倍，安裝與拆卸比球閥困難。

某粉煤化工二段粉煤輸送鎖斗閥由傳統的球閥改為盤閥這一大膽的嘗試是有科學依據的，也是在同類裝置有成功的使用經驗的基礎上作出的決定。

參考文獻：

〔1〕章晨暉，劉欣，鄧長松.粉煤鎖斗閥故障原因分析及解決方案[J].自動化與儀表，2010，31（7）：1，47-50.

〔2〕陸培文.閥門設計入門與精通[M].北京：機械工業出版社，2009：34-35.

〔3〕林凱，步新戰，吳平.粉煤加壓氣化鎖斗開關閥故障分析.大氮肥，2011，34（3）：1，182-184.

〔4〕吳俊偉，嚴啟斌，吳菁.盤閥[P]：中國，實用新型專利.200620047805.2.2007-12-12.

〔5〕曹輝，曹磊.硅化工用球閥損壞分析及盤閥應用[J].閥門，2011（03）：29-20，36.