片堿熔鹽截止閥在熔鹽系統(tǒng)的應(yīng)用

李廣軍，劉麗娟，馬新偉，張 鴿

（河南泉舜流體控制科技有限公司，河南鄭州 450001）

片堿熔鹽截止閥在熔鹽系統(tǒng)的應(yīng)用

李廣軍，劉麗娟，馬新偉，張 鴿

（河南泉舜流體控制科技有限公司，河南鄭州 450001）

針對片堿熔鹽系統(tǒng)介質(zhì)在高溫高壓工況下為液態(tài)，停車檢修時介質(zhì)在常溫下易結(jié)晶的特點，河南泉舜流體控制科技有限公司設(shè)計出“片堿熔鹽截止閥”，該閥采用耐高溫材料和預(yù)熱結(jié)構(gòu)，閥體采用整體焊接，流體阻力系數(shù)小而結(jié)構(gòu)緊湊，適合片堿熔鹽系統(tǒng)及其他苛刻工況條件下使用。

片堿熔鹽截止閥；預(yù)熱結(jié)構(gòu)；高溫高壓；易結(jié)晶

在片堿濃縮裝置熔鹽系統(tǒng)，正常工作溫度400℃左右，工作壓力1.6MPa，閥門使用工況條件苛刻。在該工況下停車檢修時，系統(tǒng)管道壁和閥腔壁面易產(chǎn)生結(jié)晶。如果常溫下啟動閥門，由于大量結(jié)晶體存在于閥腔內(nèi)部，易導(dǎo)致閥桿卡死現(xiàn)象發(fā)生。長期以來，閥門結(jié)晶問題一直都是片堿熔鹽裝置的技術(shù)瓶頸，頻繁的拆卸清洗維護不但增加了企業(yè)的成本，還嚴重影響了生產(chǎn)效率。

1 “泉舜”牌片堿熔鹽截止閥的原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 片堿熔鹽截止閥的原理

片堿熔鹽截止閥（圖1）是一種閥瓣沿閥座中心線移動的閥門，當閥瓣從閥座位置移開時，閥座和閥瓣密封面之間就不再接觸，因而他的機械磨損就比較小，因此該閥門的密封性能比較好。由于閥瓣的開啟距離比較小，密封面能夠承受多次啟閉，因此片堿熔鹽截止閥也適合于管道系統(tǒng)經(jīng)常檢修的場合。

當系統(tǒng)需要停車檢修時，整個輸送系統(tǒng)的溫度降低到接近常溫，閥門腔體內(nèi)和管路內(nèi)的熔鹽易結(jié)晶，從而造成閥門的閥桿無法轉(zhuǎn)動，最終使閥瓣無法正常啟閉。為此該閥設(shè)計了預(yù)熱結(jié)構(gòu)（圖2），在閥門啟動前，通過預(yù)熱結(jié)構(gòu)上的進口管向預(yù)熱腔內(nèi)通入熱蒸汽或熱水，使熱蒸汽或熱水通過預(yù)熱結(jié)構(gòu)和閥腔內(nèi)結(jié)晶的熔鹽進行熱交換，使熔鹽在閥腔內(nèi)保持溶化狀態(tài)，同時減小了轉(zhuǎn)動副之間的摩擦阻力。

1.2 片堿熔鹽截止閥閥體壁厚

閥體是熔鹽截止閥的主要零部件，除承受管道介質(zhì)的壓力、溫度以及閥門的操作力和管路上的一些不可預(yù)測的載荷外，還要能夠抵抗工作介質(zhì)的腐蝕和沖刷。

式中：SB——最小壁厚，mm；

Dn——計算內(nèi)徑，mm；

p——設(shè)計壓力，mm；

［σL］——材料許用拉應(yīng)力，MPa；

C——附加余量，mm。

1.3 片堿熔鹽截止閥閥桿

熔鹽截止閥的閥桿在關(guān)閉時，閥桿受到壓力作用而密封關(guān)閉。

熔鹽截止閥的閥桿壓應(yīng)力σy＝QFZ／F≤［σy］

式中：σy——閥桿軸向壓應(yīng)力，MPa；

QFZ——閥桿軸向壓力，N；

F——閥桿最小截面積，mm2；

［σy］——閥桿許用壓應(yīng)力，MPa。

2 片堿熔鹽截止閥流體特點

由于熔鹽截止閥使用的工況為高溫高壓，因此該閥門的設(shè)計加工材料采用的耐高溫高壓合金鋼，在高溫下具有較高的熱強性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。閥體采用整體焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作時流體阻力系數(shù)小。本文通過有限元分析展示了流體數(shù)值模型（圖3）。

圖3 片堿熔鹽截止閥流體模擬

圖3中假設(shè)的片堿濃縮裝置熔鹽系統(tǒng)中截止閥的進口流體速度為4m／s，經(jīng)過ansys計算流體分析軟件數(shù)值場模擬分析，從流體模型上可以看出，流速最高的流體出現(xiàn)在閥體的閥瓣的上面，即閥體的中間部位，在閥座和閥瓣密封面之間處的流速相對比較低，因此閥瓣和閥座密封面受流體沖刷相對較小。

3 “泉舜”牌片堿熔鹽截止閥主要零部件加工特點

3.1 密封面堆焊處理

在閥座和閥瓣密封面加工制造過程中，考慮到介質(zhì)中存在的固體顆粒，在關(guān)閉過程中密封面可能會受到磨損，所以密封面硬度要求比較高。閥瓣和閥座密封面上堆焊了一層厚度δ≥3mm的硬質(zhì)合金，密封面表面硬度HRC≥46～50。

3.2 加工難度高

由于密封面堆焊了硬質(zhì)合金金屬，硬密封的密封面光潔度要求比較高。鑒于閥座和閥瓣的特殊外形，需要配有專用的研磨機床。閥瓣和閥座經(jīng)過單獨研磨之后還需要配研處理。由于該閥門應(yīng)用于高溫高壓條件下，閥體和閥蓋的焊接采用連續(xù)焊縫，焊接時并進行相應(yīng)的熱處理，同時焊接后還需要進行超聲波探傷檢驗以防止有各種觀察不到的焊接缺陷。

4 結(jié) 語

為了適應(yīng)片堿濃縮裝置熔鹽系統(tǒng)，片堿熔鹽截止閥主體材料采用耐熱合金鋼經(jīng)過焊接而成。閥蓋上設(shè)有預(yù)熱結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)停車檢修防止閥腔內(nèi)介質(zhì)結(jié)晶，而導(dǎo)致閥桿卡死現(xiàn)象發(fā)生。閥座和閥瓣密封面堆焊特殊的硬質(zhì)合金，且密封面堆焊技術(shù)和配合研磨難度比較大。但經(jīng)過現(xiàn)場長期的應(yīng)用，密封面堆焊這種合金耐磨損程度大大提高。與傳統(tǒng)的閥門相比，河南泉舜流體控制科技有限公司生產(chǎn)的“泉舜”牌片堿熔鹽截止閥，在結(jié)構(gòu)上和工藝上有了較大的改進，能滿足片堿濃縮裝置熔鹽系統(tǒng)高溫高壓的現(xiàn)場要求，在片堿及其他苛刻工況下將會有廣泛的應(yīng)用前景，同時使用現(xiàn)場減少了閥門頻繁的拆卸清洗次數(shù)，提高工作效率，隨之帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］ 陸培文.實用閥門設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007

［2］ 劉濤，楊鳳鵬.精通ansys［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

［3］ 馬邊際，王偉，秦飛龍.Ansys Workbench在球閥疲勞磨損分析中的應(yīng)用［J］.煤礦機械，2010，（09）：231－232

［4］ 姚衛(wèi)星.結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003

［5］ 曾正明.機械工程材料手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004

TQ 055.81

B

1005－8370（2012）06－36－02

2012－09－18