煤制烯烃黑水工艺用陶瓷调节球阀结构的改进

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Ceramics Control Ball Valve for Black W aterW ANG Fang ，PENG Jian-hong ，CHEN Feng-guan(1.Shanghai Pudong Hanwei Valve Co.，Ltd，Shanghai 201202，China；2.Shanghai KOKO Valve Co，，Ltd，ShangHai，201802。China；3.Hefei General Machinery Research Institute，Hefei，230031，China)Abstract：Introduces the use conditions and design characteristics of black ceramic control bal valve ofthe coal chemical industry，puts forward the existing problems of valve in rise，gives the improvementscheme of valve structure and the use of effects。

Key words：control ball valve；black water；ceramics；design1 概述近年来 ，新型陶瓷复合材料在石油及化工等领域得到了广泛的应用，尤其在高磨损、强腐蚀、高温及高压等恶劣工况，陶瓷阀门具有其特殊的适用性能。如煤制烯烃的黑水二段闪蒸工艺中，采用陶瓷球阀对黑水进行调节。但是阀门在使用过程中出现了-些问题，通过对陶瓷球阀的结构分析和改进，使其满足了现场工况系统的要求。

2 技术参数公称压力 150Lb公称通径 150ram进口压力 0.043MPa出口压 力 -0.058MPa阀门关闭压差 0.35MPa最大流速 867m/s蒸汽压力 0.021MPa临界压力 22。064MPa适用介质 黑水3 结构分析在煤化工黑水二段闪蒸工艺系统中，应根据工况系统开、停车的极端工况和正常黑水调节工况下流体综合因素设计和选用阀门的参数和结构。由于流体在阀前的操作压力已接近饱和蒸汽压，经过阀门减压后会出现闪蒸现象，且含固体颗粒。为减少介质对流通通路的冲蚀，应控制阀门出口介质的流速。因此，阀门应分段减压，-段是阀瓣(球体)、阀座，另-段是孔板组件。整个阀门流体通路均为陶瓷组件，具有抗含固流体冲蚀作用(图1)。

入口阀座的流道口为长条形开口，介质流经阀座时，通过改变球体与阀座的接触面积调节流量。

出口阀座是在密封面里面均匀设置凶。当介质经球体进入出口阀座并经均布的sJ，：fL流出时，对介质起到减压和降低流速的作用。阀内件材料见表 1。

孔板组件由节流孔板 A、长度为L 的管道、节流孔板 B和长度为L：的管道组成。通过出口阀座节流的介质首先经过节流孔板 A，然后进入到长度为L 的管道中，孔板的尺寸及管道内径的尺寸有相对扩大的趋势，因此流经介质的压力将有减小的趋势，对介质起到减压的作用，另外较长管道对介质也有稳流作用。同样的，当介质通过节流孔板 B对其进行节流减压后再进入长度为L 的管道中，介质将得到进-步的减压和稳流。

1iE者简介：王芳(1972-)，女，工程师，从事阀门产品开发、推广及相关工作。

2013年第3期 阀 门 .---43--表1 原陶瓷球阀内件材料零件名称 材料名称球体 ZrO2阀体衬套 SiC人口阀体内衬阀座节流孔板 A节流孔板 B1.阀体内衬 2.人口阀体内衬 3.入口阀座4.出口阀座 5.球体 6.节流孔板 A 7.节流孔板 B图 1 黑水用陶瓷调节球阀4 改进方案陶瓷球阀在使用过程中主要存在阀体衬套碎裂和球体边缘吹坏(图2)、阀座开裂和节流孔板 B有堵渣等现象。

圆圈(a) (b)(a)阀体衬套碎裂 (b)球体边缘损坏图2 陶瓷球阀受损状况针对阀后节流孔板的堵渣现象，为了满足现场的工艺要求对孔板进行适当的扩孔处理，避免了节流孔板的堵渣现象。系统介质为黑水液固两相流，经过阀门节流减压后 的介质最大流速可控制到60m/s以下。由于对节流孔板进行了扩孔，经阀门节流孑L板后的介质流速要大于 60m/s，流速增加对节流零部件的冲蚀更加严重，因此需选择节流零部件耐冲刷性能及综合力学性能更好的材料。

由于阀门启闭或歇度时，阀体衬套受到介质从正面的高速直接冲击，同时球体和阀座也受到不同程度的冲击和冲蚀，阀门的内件材料即要有-定的耐磨性，又要有较好的韧性。另外，节流孑L板也起到节流和减压的作用，受冲刷也较严重，因此需要重新选择适合的材料(表 2)。陶瓷材料的力学性能对表2 改进后陶瓷球阀内件材料零件名称人口阀体内衬材料名称SiC阀体衬套球体 WC金属陶瓷阀座节流孔板 氧化锆增韧氧化铝陶瓷硬度/HRA抗弯强度/MPa抗压强度/MPa密度/(g/cm。)92 --150～500 480- 800l 500～2 200 3 300断裂韧性/(MPa·m )891 700～2 10O7 0001516根据表 2和表 3分析，SiC硬度高，具有高耐磨损和耐冲刷性能，机械加工性能好，但韧性较差。氧化锆增韧氧化铝陶瓷硬度及韧性相对较平均，具有耐磨损、质量轻和成本低等特点。WC金属陶瓷的耐磨性不如 SiC，但其硬度差别不大。WC金属陶瓷的抗弯强度和抗压强度高于 SiC和氧化锆增韧氧化铝陶瓷且综合机械性能较好，缺点是其密度大且价格昂贵。

在阀门开关的瞬间及歇度工作的情况下，阀门内件及阀体陶瓷衬套受到较大的冲击，因此需要选择硬度及抗弯强度和抗压强度等综合性能更好的WC金属陶瓷∽板组件主要起到节流和减压的作用，也受较大的磨损和-定的冲击，因此选用耐磨性和韧性均较好的氧化锆增韧氧化铝陶瓷复合陶瓷。

5 结语陶瓷球阀采用分段减压结构后，可有效地缓解介质对阀门内件的冲刷和控制系统中介质的流速。

另外，采用新型复合陶瓷结构材料制作阀内件提高了阀门产品的耐冲刷性和抗冲击性能，大大延长了阀门的使用寿命。根据各个部位零部件工况的不同，选用更合理的材料，既节约产品的成本，又能达到预期的使用目标。经过改进的陶瓷球阀在某煤化工企业应用已超过2年，使用效果良好。