煤化工用黑水调节阀的研制

   1 概述
   在煤化工系统中，高压闪蒸罐、真空闪蒸罐、高闪罐顶分离器等系统设备上的阀门使用条件恶劣。流体介质主要为高温黑水、渣水和灰水。黑水、渣水和灰水含有氯离子、氨、钾盐、硫化氢或磷酸等强腐蚀介质，阀门前后压差大。在节流口，流体介质与硬颗粒混合，高速流动，动能强。阀芯或阀座表面迅速冲出流线形细槽，形成侵蚀，堵塞流，高速流体产生闪蒸或空化。介质在阀腔内的泡沫爆裂过程会释放出大量的能量，对阀体内部、节流元件等部件造成强烈的损坏，形成气蚀。阀门性能要求必须满足耐高腐蚀、耐高冲刷、耐高温的要求。传统工艺管道主要采用进口结构形式为偏心旋转调节阀，其结构耐腐蚀、耐高温性好，但耐冲刷性差。其阀芯、阀体流道和其生产成本仅为3个月。受此影响，黑水调节阀的使用寿命仅为半个月。ZL20102018665310）。
   2 技术参数
   公称直径 直径10in（250mm）
   出口28in（700mm）等
   公称压力 ANSI900LB
   工作介质 黑水、渣水、灰水等
   流量特性 等百分比
   泄漏等级 ANSIB104IV
   可调比 50
   内部材料 特殊碳化钨整体烧结
   工作温度 200-425°C
   3 型式选择
   煤化工系统原工艺选用偏心旋转调节阀。虽然可以满足工艺要求，但偏心旋转调节阀的结构类型决定了其耐冲刷性差。传统的单座阀允许前后压差小，不能满足压差要求。如果是清洗介质，套筒阀将是最理想的阀门，但由于介质中含有大量固体颗粒，因此不能使用。最后，确定了特殊类型的单座角调节阀，既具有传统单座阀的优点，又具有套筒阀耐压差大、能量冲击消耗大的特点，是一种具有清洗效果的高进低出阀，设计了特殊类型的文丘里黑水调节阀。
   4 结构性能
   4.1 阀体
   阀体不仅是阀门的主要压力部件，也是连接和安装所有部件的核心部件，并决定了阀门的结构和性能。阀体设计为腰鼓型，改进了阀座和导套。其优点是①阀体分为上下腔，导套安装在上下腔隔离面上，导套大大向下移动，解决了单个阀芯的稳定性，避免了高频振动的噪声，提高了阀芯的使用寿命。②平衡孔设计在上下腔的隔离面上，平衡槽设计在导套上，不仅可以达到套筒阀的压力平衡，还可以实现阀芯和导套的自清洁，避免阀芯、导套的划伤和堵塞。③阀体上腔介质不直接通过，只通过平衡孔对流，不仅减少介质颗粒，而且在阀盖附近形成介质死区，颗粒介质不能流入填料函，确保阀门无泄漏，避免相对运动时阀杆和填料划伤。④阀体下腔为流道。为防止腐蚀，流道表面喷涂碳化钨，下腔设有倒流翼，防止涡流对阀芯和内部部件的腐蚀。

   4.2 阀芯、阀杆、导套
   阀芯是调节流量的关键部件，也是腐蚀最严重的部件之一。阀芯结构和材料的选择决定了阀门的性能。导套的设计在阀芯的稳定性、调节性和运动性方面起着决定性的作用。导套安装在上下腔隔离面上，使导向面向下移动，稳定阀芯，克服了传统文丘里角阀进出高频振动、噪声和调节性能差的问题。导套内孔设有凹槽，与隔离面孔形成压力平衡效果。导套内孔和暴露在通道区域的外圆经过表面硬化，以确保内孔的耐磨性和外圆的耐腐蚀性。
   阀芯采用特殊碳化钨整体烧结(硬度)≥89HRA），具有一定的抗冲击性和良好的耐腐蚀性。阀芯与阀杆的连接不仅保留了阀芯的高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性，而且使阀芯组件具有相当的韧性，消除了阀芯组件的脆性裂纹。阀芯上设有螺旋导槽，与导套槽形成刮刀效应，避免阀芯与导套间隙冲入颗粒堵塞和划伤。同时，与隔离面孔形成流动平衡，带走槽内颗粒，实现自清洁功能。
   4.3 阀座、文丘里基座、变径法兰
   阀座和文丘里基座由阀体和直径变化法兰通过螺纹夹紧连接，形成阀座部件。阀座的安装位置与传统阀座的安装完全不同。其优点是，只需拆下直径变化法兰，即可在线维护阀门。煤化工系统中的流体介质对阀芯、阀座和介质出口的冲刷和腐蚀尤为严重。该设计保证了阀门关键节流易损件的方便更换，降低了用户的运营成本。阀座和文丘里基座的直孔段采用特殊碳化钨整体烧结，镶嵌在不锈钢基材上。在调整过程中，阀芯和阀座的冲蚀最大，因此采用整体特殊碳化钨合金材料抵抗介质的冲蚀。镶嵌结构保证了阀座硬度高、韧性强。裸露的流道和文丘里管扩散段的内孔喷涂碳化钨，保证了阀座组件的整体性能。
   当介质通过阀座时，会出现堵塞流，高速流体会产生闪蒸和空化。介质在阀腔内的聚泡爆裂过程会释放大量能量，对阀体内部、节流元件等部件造成强烈损坏，形成气蚀。文丘里基座的设计减少了压力恢复时气泡的数量，减少了气蚀损伤，使气蚀尽可能发生在扩散段，保证了下游管壁不受损伤，降低了下游管件气蚀造成的安全隐患。
   5 结语
   文丘里黑水调节阀已成功应用于煤化工工艺系统，改变了传统调节阀座和阀体的安装方式，实现了在线安装和维护。与传统的调节阀概念有很大的创新，解决了煤化工系统阀门耐高腐蚀、耐高冲刷、耐高温的问题，确保了煤化工系统的需要，节约了生产成本。文丘里黑水调节阀在其他恶劣条件下也将有广阔的应用前景，并将产生良好的经济和社会效益。
   参考文献
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   [2]吴国熙.使用和维护调节阀[M].北京：化学工业出版社.
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