雙閥芯雙密封面調節閥

明友，王渭，陳鳳官，耿圣陶，余宏兵

(合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031)

干煤粉氣化工藝中應用大量的介質為氣固兩相流的閥門。其中，有些使用工況比較惡劣，壓差有時能達5MPa，氣體夾帶著煤粉，以超高流速流經閥門，對閥門結構及閥內件材料的耐沖刷性提出了更高的要求。國內眾多煤化工企業中使用的高壓差氣固兩相流閥門均存在閥門易密封失效、內件更換頻繁的共性問題，導致煤化工企業因此頻繁停車，給企業帶來了較大的損失，增加了企業對設備的維護成本，也成為影響煤化工企業長周期運行的一道瓶頸。

本文從閥門的結構和內件耐磨材料的選擇兩方面入手，為解決高壓差氣固兩相流調節閥密封易失效、閥門使用壽命短等問題，設計出雙閥芯、雙密封面調節閥。

1 閥門工藝特點

在干煤粉加壓氣化工藝的煤粉輸送過程中，煤進料罐的壓力調節需要調節閥來控制。當煤進料罐的壓力高于設定壓力時，需通過調節閥對其進行泄放壓力，直到煤進料罐的壓力等于設定值，閥門關閉，泄壓結束。由于泄壓過程中高壓氣體介質中帶有一定量的煤粉，對閥門的磨損較嚴重；泄放壓差較大，從5MPa 降到常壓，介質流速非常高。以上惡劣工況加劇了調節閥內件的磨損速度，極大地縮短了調節閥的使用壽命。

2 結構特點

為提高閥門的使用壽命，設計一種尤其適于應用在高壓差、氣固兩相流介質中進行壓力調節的雙閥芯雙密封面調節閥，在保證閥門調節性能的基礎上對介質進行減壓降噪，并延長調節閥的使用壽命。如圖1。

圖1 雙閥芯雙密封面調節閥

2.1 雙閥芯雙密封面結構

（1）結構原理。雙閥芯雙密封面調節閥的雙閥芯由固定閥芯和可移動閥芯組成。可移動閥芯由主閥芯（3a）與副閥芯（3b）組合而成，閥座上設有分別與主閥芯（3a）和副閥芯（3b）配合的第一密封面和第二密封面，主閥芯（3a）和副閥芯（3b）之間為可調式固定連接，通過調節主閥芯（3a）和副閥芯（3b）之間的相對位置能夠使主閥芯（3a）與第一密封面貼合時，副閥芯（3b）與第二密封面分離；或副閥芯（3b）與第二密封面貼合時，主閥芯（3a）與第一密封面分離，如圖2（a）。

可移動閥芯與閥桿一體在固定閥芯外圓表面上下滑動，通過改變固定閥芯上所開窗口的面積來達到流量調節的目的，如圖2（b）。

圖2 雙閥芯結構

（2）可切換的雙密封面。副閥芯（3b）的上端與閥桿固定連接，主閥芯（3a）上端與閥桿下端配合。主閥芯（3a）的上端面與閥蓋的下端面之間設有鎖止機構（如圖3、4），鎖止機構可實現主副閥芯之間的切換。

圖3 閥芯鎖止機構結構圖

圖4 閥芯鎖止機構局部視圖

主閥芯（3a）的下端為錐面，副閥芯（3b）的下端為平面，閥座上設有與之相對應的錐面和平面，從而形成2 對密封副。當錐面相接觸時構成第一密封副，形成錐面密封；當切換到平面相接觸時形成第二密封副，形成平面密封（如圖5）。

圖5 雙密封面結構示意圖

由于介質為高壓差氣固兩相流，對內件的沖刷非常嚴重，雙密封面結構相較于單密封面結構閥門壽命可增加2倍以上，當一個密封副失效后，可切換到另一密封副。兩個密封副均失效后才需要對閥門進行維修，有效地延長了閥門的使用壽命。

2.2 可實現破壞轉移的雙閥芯

由于節流孔在固定閥芯上，因此最大流速也在固定閥芯上，整個的調節過程介質不經過閥座密封面就已經流到下游，對閥座密封面起到了有效的保護；閥芯的密封面也離節流面有一定的角度，免受破壞（如圖1）。閥芯和閥座的密封面與固定閥芯上的節流面分離式設計，使得密封面免受高速流介質的沖擊，可有效地防止由于密封面損壞造成的閥門破壞。該結構利用轉移破壞原理，靠犧牲固定閥芯來有效地保護閥芯和閥座密封面，另外固定閥芯采用 WC硬質合金材料可極大提高閥門的使用壽命，產品維護只需更換固定閥芯即可。

2.3 具有精確調節功能的雙閥芯

由于閥門通過可移動閥芯的移動來改變固定閥芯中節流孔的流通面積，從而實現對流量的調節。固定閥芯上設置自上而下的由大及小的流量孔，大流量時通過大、小孔共同調節，微調時靠最小孔調節，以達到精確調節的目的。

3 使用效果

該結構閥門在國內干煤粉氣化工藝的煤化工企業中大量應用，與國內外同類產品相比閥門的使用壽命增加近3 倍；閥門的調節精度更高，可靠性更好，使用效果良好，為企業節約了大量的設備維護費用。

4 結語

（1）雙閥芯結構中可移動閥芯負責密封和流量調節，固定閥芯配合可移動閥芯進行流量調節。密封面與節流面分離式結構設計有效減緩閥門因密封破壞而引起的失效，極大地提高了閥門的可靠性。

（2）雙密封面結構在閥門一個密封面失效的情況下，可切換到另一個密封面實現密封。這種雙密封面結構在雙閥芯結構的基礎上進一步提高了閥門的使用壽命。

（3）大流量時依靠大小流量孔共同調節，閥門的流通能力更大；小流量時依靠小孔來調節，閥門的調節精度更高。

雙閥芯、雙密封面調節閥的成功應用極大地減少了企業對該設備的維護成本，徹底解決了該類閥門密封易失效、閥門使用壽命短等問題。該問題的解決有利于企業減少設備維護成本的投入；有利于企業降低能耗；有利于煤化工企業長周期運行問題的解決，為國內煤化工企業的發展做出了貢獻。