浅淡盘阀在粉煤气化中的应用

陆本壹

摘要：盘阀是通过滑动圆盘来实现开关的一种快开快关型阀门。其设计专门针对带有磨损、冲蚀特性的含固体颗粒物料，它能在恶劣工况下连续长期的正常工作。针对粉煤输送过程中的工艺条件，结合盘阀的结构特点，某工程中的二段粉煤输送中的锁斗阀尝试由球阀改为盘阀。

关键词：粉煤气化；锁斗阀；球阀；盘阀

粉煤加压气化工艺粉煤下料工段中锁斗阀粉煤介质由高压氮气输入、压力高、开关动作频率高，磨蚀非常严重。目前在这些工段上的阀门基本都采用硬密封球阀，绝大多数是进口的球阀。由于操作条件苛刻，和球阀构造自身特点，在使用过程中难免会出现很多具有普遍性的卡死故障和损坏，这已经成为制约粉煤气化装置长周期运行的瓶颈。

某示范工程，在其二段粉煤输送锁斗阀尝试由传统的球阀改为盘阀。

1、粉煤锁斗阀的操作条件和选型

1.1 粉煤锁斗阀的操作条件

某工程粉煤气化粉煤锁斗阀的操作介质为粉煤和氮气，其中90wt%的粉煤粒度≤90μm，它的操作条件如下：操作温度80C°，操作压力3.8～0.02Mpa，阀门开启/关闭时的压差0.2～0.3MPa，阀门开启/关闭次数为2次/h，阀门动作（开启或关闭）时间≤50s。

1.2 粉煤锁斗阀的选型

粉煤具有易粘附性和磨蚀性等特性，尤其是在高压氮气输送的流速快情况下，这种特性表现得更为突出。针对此特性和锁斗阀的操作条件，粉煤气化装置通常选用金属硬密封球阀作为粉煤锁斗阀，阀体材质采用碳钢，球体、阀座和阀杆等内件的材质则采用双相钢不锈钢衬Stellite合金[1]。

2、粉煤锁斗阀现状

目前，国内的粉煤加压气化装置在干煤粉下料工段普遍采用的是双球阀串联方式，用于密相煤粉输送的主管线阀门的平均无故障在线免维护时间在3～5个月，用于稀相平衡管线的阀门的平均无故障在线免维护时间在5～8个月。

作为锁斗阀，球阀在运行中经常出现内泄漏和卡涩“憋压”等故障[2]，这是由球阀的结构形式——双密封面结构造成的，仅仅对球阀本身进行改进已无法解决这些问题，球阀存在难以克服的缺陷[3]。要解决锁斗阀的问题，市场上推出盘阀来取代球阀。

3、盘阀的内部结构及工作原理

3.1内部结构

盘阀是通过滑动圆盘来实现开关的一种快开快关型阀门[4]。其内部结构如图3.1所示：

1）阀座。垂直流线方向的宽大阀座，流线方向上磨损和冲蚀不会影响密封；

2）阀盘。旋转剪切圆盘自旋转、自研磨及增强阀座的自清洁能力，剪碎通过阀门的固体介质；

3）弹簧。补偿温度压力变化引起的盘根应力变化，使应力保持均匀，延长盘根的寿命；

4）盘根。多重V型PTFE或石墨环和高碳盘根；

5）双重轴套。防喷设计，同时提供了一个稳定密闭的盘根空间；

6）阀盘补偿弹簧和弹簧柱。补偿阀盘和阀座的磨损，并抵抗背压，阻止物料进入密封面；

7）吹扫孔。合理优化的吹扫设计，可以最有效的吹扫堆积的物料。

3.2 工作原理

驱动装置通过阀杆与摇臂使阀盘转动一定的角度来实现阀门的开关[5]。阀盘密封面借助弹簧与阀座紧密贴合，弹簧压力始终使阀盘紧密贴合在阀座上，又允许阀盘在密封面的垂直方向上有位移。这有助于补偿阀门零件由热胀冷缩而引起的形变和多次开关后产生的微量磨损，克服任何背压变化对密封的影响并能防止颗粒介质进入密封面之间；在盘阀启闭过程中，阀座密封面对阀盘在切线方向上的摩擦力之差，使阀盘在一个启闭循环过程中产生自转并可以不断剪切与清扫在工艺过程中有可能堆积在阀腔内的介质，这些特点是其他阀门所没有的。如图3.2所示：

4、盘阀的优势

4.1盘阀的优点

根据盘阀的结构形式和工作原理，盘阀有以下优点：①采用了平面密封，密封宽度远大于球阀（最大能做到16mm）；阀腔空间大；②针对煤粉介质的特点，阀体材质采用碳钢，球体、阀座和阀杆等内件选择了相应的硬质合金材料，对于煤粉基本上不粘结，很好地解决了密封面之间硬质合金粘结的问题；③在开闭过程中，阀杆带动阀盘作偏心移动，使阀盘在移动的同时产生自转，对密封面产生自研磨和抛光清洁的作用，达到保护密封面、提高密封性能的目的，延长了阀门的使用寿命；④设置了开放的空腔，每次阀门开启排泄物料时，阀腔对于流道偏心将会产生涡流，自行清扫阀腔内残存的物料，避免了物料不断堆积在阀腔内而将阀门卡死的现象；⑤阀轴采用无螺纹设计，而且阀轴只有转动，没有上下的平动，大大减少填料的磨损，增加了使用寿命；⑥阀盘借助强力弹簧紧密贴合，同时又允许阀盘在密封面的垂直方向上有微小的位移，弹簧压力设计使其具有“压力自泄放”功能，从根本上杜绝了“憋压”的可能性；⑦盘阀的结构特性更适合高温工况的应用。

4.2实际应用例證

2009年9月初，盘阀在云南大为制氨有限公司的粉煤气化装置中得到了应用。盘阀作为锁斗阀取代了原先经常发生故障的两台进口球阀，一直平稳运行六个多月，共计4500多个小时，阀门开关始终平稳，顺畅有力保障了粉煤锁斗阀系统的长周期可靠运行。

5、结束语

无论从密封面的材料选择，还是阀体的结构和密封形式上看，盘阀具有自身结构优越性，其先进性的平面密封理念和独特的结构有效的解决了锁斗阀运行过程中易出现的问题。当然，盘阀也有其自身的不足，盘阀的不足在于：盘阀的体积大，而且笨重，几乎比同规格球阀重一倍，安装与拆卸比球阀困难。

某粉煤化工二段粉煤输送锁斗阀由传统的球阀改为盘阀这一大胆的尝试是有科学依据的，也是在同类装置有成功的使用经验的基础上作出的决定。

参考文献：

〔1〕章晨晖，刘欣，邓长松.粉煤锁斗阀故障原因分析及解决方案[J].自动化与仪表，2010，31（7）：1，47-50.

〔2〕陆培文.阀门设计入门与精通[M].北京：机械工业出版社，2009：34-35.

〔3〕林凯，步新战，吴平.粉煤加压气化锁斗开关阀故障分析.大氮肥，2011，34（3）：1，182-184.

〔4〕吴俊伟，严启斌，吴菁.盘阀[P]：中国，实用新型专利.200620047805.2.2007-12-12.

〔5〕曹辉，曹磊.硅化工用球阀损坏分析及盘阀应用[J].阀门，2011（03）：29-20，36.