高中壓閥門(mén)廠(chǎng)家北高科集團技術(shù)部整理，1 概述

在煤化工系統中高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐及高閃罐頂分離器等系統設備上的高中壓閥門(mén)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、硫化氫或磷酸等強腐蝕介質(zhì)，并且高中壓閥門(mén)前后壓差大。在節流口，流體介質(zhì)混雜著(zhù)硬質(zhì)顆粒高速流動(dòng)，具有強大的動(dòng)能，高中壓閥門(mén)的閥芯或閥座等表面很快被沖出流線(xiàn)形的細槽，形成侵蝕，同時(shí)有阻塞流發(fā)生，高速流體產(chǎn)生閃蒸或空化。介質(zhì)在閥腔內的聚泡爆裂過(guò)程，會(huì )釋放很大的能量，對閥體內部及節流元件等零件產(chǎn)生強力破壞，形成氣蝕。對于高中壓閥門(mén)性能要求必須達到耐高腐蝕、耐高沖刷和耐高溫度的要求。傳統的工藝管線(xiàn)上主要采用進(jìn)口的結構形式為偏心旋轉高中壓閘閥，其結構耐腐蝕、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(gè)月，而國內產(chǎn)品僅僅使用半個(gè)月左右。受此影響，裝置運行需要頻繁地更換高中壓閥門(mén)，既浪費工時(shí)又加大了生產(chǎn)成本。為此研制開(kāi)發(fā)了文丘里黑水高中壓閘閥（黑水高中壓閘閥產(chǎn)品專(zhuān)利號：ZL20102018665310）。

2 技術(shù)參數

公稱(chēng)通徑 變徑進(jìn)口10in（250mm）

 出口28in（700mm）等

公稱(chēng)壓力 ANSI900LB

工作介質(zhì) 黑水、渣水、灰水等

流量特性 等百分比

泄漏等級 ANSIB104IV

可調比 50

內件材料 特殊碳化鎢整體燒結

工作溫度 200-425°C

3 型式選擇

煤化工系統原工藝選擇偏心旋轉高中壓閘閥，雖然能夠滿(mǎn)足工藝要求，但是偏心旋轉高中壓閘閥的結構型式?jīng)Q定其耐沖刷能力差。傳統的單座高中壓閥門(mén)允許前后壓差小，無(wú)法滿(mǎn)足壓差要求。如果是清潔介質(zhì)，套筒閥將是最理想的高中壓閥門(mén)，但是由于介質(zhì)含有大量固體顆粒的原因無(wú)法使用。最終確定特殊種類(lèi)的單座角式高中壓閘閥，既有傳統單座閥的優(yōu)點(diǎn)，又有套筒閥的耐壓差大和能量沖擊消耗的特點(diǎn)，并且是有清潔作用的高進(jìn)低出高中壓閥門(mén)，設計了特殊種類(lèi)的文丘里黑水高中壓閘閥。

4 結構性能

4.1 閥體

閥體不僅是高中壓閥門(mén)主要承壓件，也是所有零件連接安裝的核心零件，并決定著(zhù)高中壓閥門(mén)的結構及性能。閥體設計成腰鼓型，并且對閥座和導向套采用了改進(jìn)后的安裝方式。其優(yōu)點(diǎn)為①閥體分為上下兩腔，導向套安裝在上下腔隔離面上，從而使導向套大幅下移，解決了高進(jìn)低出單座閥閥芯的穩定性，避免高頻振動(dòng)的噪聲及提高了閥芯的壽命。②在上下兩腔的隔離面上設計平衡孔，在導向套上設計平衡槽，不僅達到套筒閥壓力平衡的作用，同時(shí)也能使閥芯與導向套實(shí)現自清潔，避免閥芯、導向套刮傷和卡塞等問(wèn)題。③閥體上腔介質(zhì)不直接流過(guò)，僅通過(guò)平衡孔對流，不僅介質(zhì)顆粒減少，而且在靠近上閥蓋與閥體的上腔空間，會(huì )形成介質(zhì)死區，顆粒介質(zhì)無(wú)法流入填料函內，從而保證高中壓閥門(mén)無(wú)外泄漏，避免閥桿與填料在相對運動(dòng)時(shí)刮傷的問(wèn)題。④閥體下腔為流道，為防止沖蝕，流道表面噴涂碳化鎢，并且下腔設有倒流翼，防止渦流對閥芯及內件的沖蝕。

4.2 閥芯、閥桿、導向套

閥芯是調節流量的關(guān)鍵件，也是沖蝕最嚴重的零件之一，對閥芯結構及材料的選擇決定了高中壓閥門(mén)的性能。而導向套的設計，對閥芯穩定性、調節性及運動(dòng)性都起決定作用。導向套安裝在上下腔隔離面上，使導向面下移穩定閥芯，克服了傳統文丘里角閥高進(jìn)低出時(shí)的高頻振動(dòng)、噪聲及調節性能不好問(wèn)題。在導向套內孔設有凹槽，與隔離面上的孔形成壓力平衡效果。導向套的內孔及暴露在流道區的外圓都經(jīng)過(guò)表面硬化處理，保證內孔的耐磨性能、外圓的抗沖蝕性能。

閥芯采用特殊碳化鎢整體燒結成型（硬度≥89HRA），具有一定的抗沖擊性能和良好的抗腐蝕性能。閥芯與閥桿連接，既保留了閥芯高硬度、高耐磨和抗腐蝕的特性，又使閥芯組件具有了相當韌性，杜絕了閥芯組件脆裂現象發(fā)生。在閥芯上設有螺旋導槽，與導向套的凹槽形成刮刀效應，避免了閥芯與導向套間隙沖入顆?？ㄈ凸蝹?。同時(shí)與隔離面的孔形成流動(dòng)平衡，帶走槽內顆粒，實(shí)現自清潔功能。

4.3 閥座、文丘里基座、變徑法蘭

閥座、文丘里基座由閥體與變徑法蘭通過(guò)螺紋夾緊連接，從而組成閥座部件。閥座的安裝位置與傳統閥座安裝完全不同，其優(yōu)點(diǎn)是在現場(chǎng)只需將變徑法蘭拆下，即可對高中壓閥門(mén)進(jìn)行在線(xiàn)維護。煤化工系統中流體介質(zhì)對閥芯、閥座及介質(zhì)出口部位的沖刷和腐蝕特別嚴重，此設計保證了高中壓閥門(mén)關(guān)鍵節流易損件的方便更換，降低用戶(hù)的運營(yíng)成本。閥座及文丘里基座直孔段采用特殊碳化鎢整體燒結后鑲嵌至不銹鋼基材上，在調節過(guò)程中閥芯、閥座承受的沖蝕最大，所以通過(guò)采用整體特殊碳化鎢合金材料來(lái)抵御介質(zhì)的沖蝕。鑲嵌式結構保證了閥座既有很高的硬度，又有很強的韌性。裸露的流道部分及文丘里管擴散段內孔均采用噴涂碳化鎢，保證了閥座組件的整體性能。

介質(zhì)在流經(jīng)閥座時(shí)有阻塞流發(fā)生，高速流體產(chǎn)生閃蒸、空化，介質(zhì)在閥腔內的聚泡爆裂過(guò)程，會(huì )釋放很大的能量，對閥體內部及節流元件等零件產(chǎn)生強力破壞，形成氣蝕。而文丘里基座的設計，減少了壓力恢復時(shí)氣泡的數量，降低了氣蝕破壞，使氣蝕盡可能發(fā)生在擴散段內，從而保證下游管壁不被破壞，降低下游管件因氣蝕造成的安全隱患。

5 結語(yǔ)

文丘里黑水高中壓閘閥已成功應用在煤化工工藝系統上，它改變了傳統高中壓閘閥閥座與閥體的安裝方式，實(shí)現了在線(xiàn)安裝和維修等。與傳統的高中壓閘閥理念有著(zhù)非常大的創(chuàng )新，解決了煤化工系統高中壓閥門(mén)耐高腐蝕、耐高沖刷和耐高溫的難題，保證了煤化工工藝系統的需要，節約了生產(chǎn)成本。文丘里黑水高中壓閘閥在其他苛刻工況領(lǐng)域也將有廣泛的應用前景，并會(huì )產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。