煤化工中，煤原料含有的固體顆粒、灰份、硫份以及生產(chǎn)后產(chǎn)生的灰渣、細(xì)粉、黑灰水等，這些成分都會對閥門產(chǎn)生不利的影響。閥門需滿足可靠性和密封性要求外，還必須達(dá)到耐磨損、耐腐蝕、耐沖刷、防結(jié)垢等要求，才能保證裝置的安全可靠運行。其氣化裝置的激冷水泵進(jìn)出口切斷閥、高壓灰水泵進(jìn)出口切斷閥、低壓灰水泵進(jìn)出口切斷閥、黑水過濾器切斷閥、黑水切斷閥等位置，介質(zhì)為黑水、灰水，容易積渣結(jié)垢，通常使用金屬硬密封球閥。由于在這幾個位置上應(yīng)用的閥門開關(guān)頻率低，在正常生產(chǎn)時為全開，停車時為關(guān)閉，2、3個月甚至更長時間才動作一次。由于這些球閥長時間的不動作，閥體內(nèi)又存在死腔，介質(zhì)不流動或者流動不暢，導(dǎo)致閥門內(nèi)結(jié)垢情況十分嚴(yán)重。球體表面結(jié)垢后，易造成閥門卡阻、抱死，開關(guān)不到位，甚至無法工作的情況。使用軌道球閥的情況下，軌道球閥雖然能夠關(guān)閉，由于動作時是密封副之間相對貼緊擠壓，粘附在密封面上的物料無法去除，內(nèi)漏問題就會顯得十分嚴(yán)重。這些位置的閥門基本上都是需要頻繁的拆解下來進(jìn)行維護(hù)、清理，維修工作量十分繁重。例某化工廠灰水管道上使用的球閥，此圖為使用2個月的情況。如圖1所示可以看出，球面結(jié)垢嚴(yán)重，結(jié)垢層厚度在0.5mm以上。

圖1 使用后球面

閥門在煤化工上主要存在的以下問題：

1）卡阻、開關(guān)不到位、內(nèi)漏嚴(yán)重等。

2）球體、閥座出現(xiàn)嚴(yán)重沖刷，密封面損壞，更嚴(yán)重者，將閥座和閥座腔內(nèi)零件全部沖壞。

3）閥座彈簧腔內(nèi)進(jìn)粉或積滿粉塵，使彈簧失效。

4）閥桿與球體連接處變形或出現(xiàn)連接間隙；執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)零件出現(xiàn)磨損，開關(guān)出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致閥門開關(guān)不到位。

5）閥門運行一段時間后，閥門開關(guān)所需要的力矩增大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)扭矩不夠，就會導(dǎo)致閥門開關(guān)不到位，造成閥門損壞。

6）球閥和閥座配合不好，球閥同心度較差，表面粗燥度較差，容易出現(xiàn)內(nèi)漏。

C型耐磨球閥介紹

1.1 C型耐磨球閥的結(jié)構(gòu)特點

C型耐磨球閥采用偏心、固定球的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其推出是針對煤化工過程氣化裝置激冷水系統(tǒng)中閥門存在的容易沖蝕、積渣、結(jié)垢等現(xiàn)象。在使用過程中，具有一些特別之處，可以解決煤氣化過程中閥門出現(xiàn)的卡阻、抱死、開關(guān)困難、容易積渣結(jié)垢、不耐沖刷、易磨損等難題。與金屬硬密封球閥、軌道球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、凸輪撓曲閥、V型球閥相比，C型耐磨球閥在結(jié)構(gòu)上有以下特點：

1）采用雙偏心設(shè)計，扭矩密封。閥門在由打開向關(guān)閉的運行過程中，球面與閥座密封面之間是一種相對靠近的運動，在密封副完全接觸之后，閥門需要繼續(xù)向著關(guān)閥的方向運動，從而使密封副逐漸壓緊，達(dá)到完全關(guān)閉的目的，也就是閥門是靠扭矩密封的。

2）C球球面全涂層，常規(guī)噴涂鎳基合金，閥座采用鍛鋼，噴涂鎳基合金。

3）無死腔，全通徑，閥門關(guān)閉時，流道被分為閥前、閥后兩段，閥門打開時，閥體內(nèi)為流道，沒有死腔，不存在嚴(yán)重的介質(zhì)沉積。

4）閥桿防飛出設(shè)計。閥桿為倒裝式，被固定在閥體上的上支撐軸限位，閥桿受到的工藝介質(zhì)的作用力（向外的推力）被上支撐軸所承受并吸收，閥桿與上支撐軸之間安裝有特種潤滑墊片，可以有效地降低在高壓工況下閥桿的運行阻力，并避免閥桿與上支撐軸之間的磨損。

5）上、下支撐軸定位，固定球設(shè)計，上、下支撐軸都固定在閥體上。下支撐軸為實心結(jié)構(gòu)，上支撐軸為空心結(jié)構(gòu)，中間倒裝有閥桿。球芯在閥桿的帶動下，圍繞上、下支撐軸旋轉(zhuǎn)運動。上、下支撐軸與球芯接觸的部位，均噴焊鎳基合金，提高其強(qiáng)度及耐磨性，確保長時間使用也不會磨損，并能夠滿足閥門頻繁動作的要求。1.2 C型耐磨球閥的控制方式根據(jù)使用現(xiàn)場的要求，配備不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：手柄手動、手動渦輪、氣動單作用彈簧復(fù)位氣缸、氣動雙作用氣缸、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，方便使用和安裝。

圖2 C型耐磨球閥的結(jié)構(gòu)剖面圖

2 在激冷水泵位置的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用在激冷水泵位置的分析在煤化工系統(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，具有強(qiáng)大的動能，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需滿足耐高腐蝕、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個月，而國內(nèi)產(chǎn)品只使用半個月左右。受此影響，裝置運行需要頻繁地更換閥門，既浪費工時又加大了生產(chǎn)成本。

C型耐磨球閥則正好能夠解決上述位置出現(xiàn)的問題，既保證了開關(guān)動作的靈活性又能保證密封安全可靠。C型耐磨球閥采用雙偏心結(jié)構(gòu)，球體和閥座只在密封時才接觸，其余行程均為無摩擦無磨損運動，開啟輕便快捷，關(guān)閉時球面相對閥座漸入運動，對球面上沾敷物料有剪切作用，實現(xiàn)自清潔功能。閥門全開時，閥腔內(nèi)無阻流元件，全通徑設(shè)計，無物料滯留區(qū)，介質(zhì)一直處于流動狀態(tài)，能夠有效解決介質(zhì)的積渣結(jié)構(gòu)問題，閥門關(guān)閉時，不存在死腔。C型耐磨球閥在密封上采用雙偏心結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩密封和彈簧加載浮動閥座產(chǎn)生的介質(zhì)壓力自密封相結(jié)合，能夠保證密封的可靠性。C型耐磨球閥采用上下支承軸結(jié)構(gòu)，閥桿不承受介質(zhì)力，只承受開啟力矩，球面全部冶金熔融噴焊鎳基合金，噴焊層和基材結(jié)合強(qiáng)度高，滿足密封面耐磨要求，并且在上下支承軸和球體接觸位置噴焊硬質(zhì)合金，球體和支承軸長時間摩擦運動也不發(fā)生磨損。C型耐磨球閥還具有自動補(bǔ)償、高壽命等優(yōu)點，在上述位置上的使用壽命是其它閥門使用壽命的5倍以上

2.2 應(yīng)用在激冷水泵出口位置的特殊要求上述分析只是介紹了C型耐磨球閥的性能特點及適應(yīng)這些苛刻的工況。由C型耐磨球閥是單閥座帶彈簧補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，決定了C型耐磨球閥是單向密封的，閥體上表示的方向，應(yīng)該理解為不是流向，而是標(biāo)示閥門的承壓方向。閥門在關(guān)閉的情況下，按照承壓方向過來的高壓介質(zhì)的作用力，同時作用在閥芯和閥座上。閥芯受到的作用力被上下支撐軸承受，并被釋放到閥體上，相對于上下支撐軸來講，閥芯沒有移動。閥座前面受到高壓介質(zhì)的作用力，由于閥座是可以在一定的范圍內(nèi)動態(tài)活動，使閥座具有貼緊閥芯密封面的運動趨勢，強(qiáng)化閥門密封副之間的閉合壓力、起到關(guān)閉的作用。反之，逆向過來的高壓介質(zhì)的作用力，也要同時作用在閥芯和閥座上。閥芯受到的作用力被上下支撐軸承受，并被釋放到閥體上，相對于上下支撐軸來講，閥芯沒有移動。閥座后面受到高壓介質(zhì)的作用力，由于閥座是可以在一定的范圍內(nèi)動態(tài)活動，使閥座相對于閥芯密封面產(chǎn)生遠(yuǎn)離運動的趨勢，隨著承受壓力的不斷升高而使閥門密封副之間的壓緊力逐漸降低，直至密封副之間脫離，相對于起到打開的作用，表象來看，閥門出現(xiàn)泄漏。這就要求，在應(yīng)用于激冷水泵出口等等位置時，閥門標(biāo)示的方向和實際介質(zhì)的流向相反。這是因為，在激冷水泵的出口閥門關(guān)閉后，閥門承受的是閥后介質(zhì)的高壓，此時需要阻斷后部管路的介質(zhì)流向激冷水泵。有一個案例，是某化工廠的黑水泵進(jìn)出口閥門，均采用的是C型耐磨球閥，安裝方向是閥體標(biāo)示的方向與流向一致，使用過程中反應(yīng)閥門出現(xiàn)內(nèi)漏，往往需要出口閥門開關(guān)幾次之后才行。把出口閥門倒向，問題解決。

2.3 在應(yīng)用過程中的一些注意事項

1）C型耐磨球閥為扭矩密封，越關(guān)越緊。但是在實際使用中，建議把閥門關(guān)閉到不漏的位置即可，而不能硬關(guān)到底。閥門在出廠前，均已經(jīng)調(diào)試好并固定好了位置，閥門的關(guān)閉限位是通過蝸輪機(jī)構(gòu)的限位螺釘、氣缸的關(guān)閉限位螺釘、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)閉限位點和限位螺釘、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械限位螺釘?shù)葋韺崿F(xiàn)的。假如是一臺裸閥，在現(xiàn)場安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的話，就需要注意上述的要求，提前做好標(biāo)識，避免安裝不合適造成的問題和故障。

2）C型耐磨球閥使用一段時間之后，如果確認(rèn)出現(xiàn)內(nèi)漏，可以通過微調(diào)關(guān)閉位置的手段解決。

具體的操作方式為

①對于氣動閥門，調(diào)節(jié)氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)閥限位螺釘，退出1圈～1.5圈并再次備緊；

②對于采用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門，重新調(diào)校關(guān)閉位置，使閥門繼續(xù)關(guān)閉0.5％~1％的行程為新的關(guān)閉位置即可。如果已經(jīng)機(jī)械限位，需要調(diào)整蝸輪機(jī)構(gòu)限位，把關(guān)閥限位螺釘退出1圈～2圈并再次備緊，之后重新調(diào)校電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)閉位置；

③對于手動閥門，調(diào)整蝸輪機(jī)構(gòu)的關(guān)閉限位，把關(guān)閥限位螺釘退出1圈～2圈并再次備緊 。

3）結(jié)垢非常嚴(yán)重的工況，建議采用電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制，通過設(shè)定使閥門定期測試性動作，也就是小幅度的執(zhí)行開關(guān)動作（比如動作5％、10％等，還不會對正常生產(chǎn)帶來影響），通過閥門的動作，清理閥芯及閥座上的垢質(zhì)，減輕結(jié)垢現(xiàn)象。

4）結(jié)垢非常嚴(yán)重的工況，還建議在工藝上做調(diào)整，合理使用助劑，改善操作，降低產(chǎn)生結(jié)垢的根源。

5）在采購時，需要關(guān)注閥軸的強(qiáng)度和材料的選用，避免閥桿過細(xì)和強(qiáng)度不足導(dǎo)致的變形與扭斷，以保證在極端的工況條件下也可以正常啟閉閥門。

6）在采購時，要注意執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭矩裕量，裕量建議留的大些，不小于兩倍的計算閥門扭矩為好，以保證在極端的工況條件下也可以正常開關(guān)閥門，特別是在高磅級的位置

3 沖洗水工況

例某工廠的沖洗水控制閥門，由于介質(zhì)的溫度比較高，基本上在280℃，閥前壓力在3.0MPa，閥后壓力很低，同時黑水灰水介質(zhì)中含有細(xì)灰及小的灰渣，在濃度高的情況下甚至可以達(dá)到10％的顆粒物質(zhì)含量，導(dǎo)致閥門的故障頻繁產(chǎn)生。如圖3所示為此工廠故障閥門的閥芯圖片，這是兩家公司的產(chǎn)品，同樣的位置，故障之后閥芯的情況不一樣，表現(xiàn)的都是內(nèi)漏嚴(yán)重出現(xiàn)這些嚴(yán)重沖蝕，主要是兩個方面的原因造成的：材質(zhì)、縮徑。

圖3 品牌的閥門，閥芯嚴(yán)重沖刷之后

4 結(jié)論

在MTP裝置中，急冷水管網(wǎng)流量大、流速高，調(diào)節(jié)閥在設(shè)計選型時，要充分考慮閥門的降噪、減振事宜。因為現(xiàn)場條件限制，增加閥門前后的直管段或在管線上增加限流孔板的方法均不可取。所以，在現(xiàn)有條件下，通過加固管線支撐，增加管線導(dǎo)向，可消除流體對管線造成的沖擊振動。同時，實踐證明平衡式閥籠雖然能滿足大流量的要求，但在閥芯處會形成閃蒸、汽蝕等現(xiàn)象，甚至造成噪音超標(biāo)。為了確保噪音合格，將平衡式閥籠改型為一級降噪閥籠后，既滿足了閥門的流通能力，又大幅降低了流體流經(jīng)閥門時所產(chǎn)生的噪音。兩種方法配合實施，解決了閥門振動大、噪音高的問題，確保了急冷水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為裝置的長周期運行奠定了良好基礎(chǔ)。