鄭建生
(中國天辰工程有限公司 儀表電氣部,天津 300400)
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釜底閥在FMTP項目中的應(yīng)用
鄭建生
(中國天辰工程有限公司 儀表電氣部,天津 300400)
摘要:針對催化劑儲罐中常規(guī)開關(guān)閥結(jié)構(gòu)上存在死區(qū)、易造成設(shè)備出料口堵塞的缺陷,采用釜底閥則是良好的解決方案。詳細介紹了釜底閥的結(jié)構(gòu)與特點,并根據(jù)該項目的工況特點,選用了下展式釜底閥,采用柱塞型結(jié)構(gòu),且凸出的閥體部分與設(shè)備PAD法蘭尺寸匹配,實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上的無死區(qū)設(shè)計;通過采用閥體外硬密封以及閥內(nèi)件的硬化處理,滿足了密封性與耐磨的要求,有效地克服了介質(zhì)易黏結(jié)的問題,取得了良好的應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞:釜底閥柱塞型黏度密封性閥內(nèi)件死區(qū)
FMTP科技示范項目采用中國化學(xué)工程集團公司與清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的FMTP工藝,由甲醇制得丙烯,再以丙烯為原料,采用美國魯姆斯氣相合成工藝制取聚丙烯。
釜底閥主要用于各類反應(yīng)釜、反應(yīng)器、儲罐的底部排料, 打開及關(guān)斷的無死區(qū)設(shè)計為其主要特點。聚丙烯裝置中,催化劑儲罐出料閥多處采用了釜底閥。
1釜底閥的結(jié)構(gòu)與特點
釜底閥通常由閥體、閥芯、閥桿、閥座、執(zhí)行機構(gòu)等組成,通過閥桿推動閥芯上升或下降,從而達到開啟與關(guān)閉的目的。
1.1結(jié)構(gòu)與分類
釜底閥的結(jié)構(gòu)多樣,通常有兩種分類方式。
1) 上展式與下展式。按照閥門開閉形式的不同,可分為上展式與下展式。閥門正確安裝時,閥桿向上運動,閥門打開,為上展式;閥桿向下運動,閥門打開,為下展式。上展式釜底閥,閥芯在閥門體外動作,其閥門體積更小,但需要設(shè)備內(nèi)有一定的操作空間;下展式釜底閥,閥芯在閥體內(nèi)動作,閥門體積更大,無需操作空間。
2) 碟片式與柱塞式。碟片式釜底閥閥芯為閥瓣結(jié)構(gòu),閥桿較細,行程較短,閥門動作時,閥芯始終在流道內(nèi)動作;物料排放時,閥芯退至流道內(nèi)的底部,不可避免地將阻礙物料下排,排放不暢。柱塞式釜底閥采用閥芯閥桿一體化設(shè)計,閥芯為柱狀結(jié)構(gòu),閥桿較粗,行程較長,閥門動作時,閥芯可完全退至流道外;物料排放時,閥芯對物料流動無影響,排放更流暢。
1.2無死區(qū)設(shè)計
釜底閥最大的優(yōu)點在于無死區(qū)設(shè)計,該設(shè)計的核心為PAD法蘭與凸出型閥體的配合使用。
普通法蘭由于在設(shè)備與法蘭之間存在一段短頸,漿料、粉料等易在其中凝結(jié)、黏連,這段短頸便成為死區(qū)。釜底閥無死區(qū)的設(shè)計是借助于閥體與容器底部的PAD法蘭連接。PAD法蘭又稱作盤座式法蘭、凸緣法蘭,法蘭片直接焊接在設(shè)備底部,設(shè)備與法蘭之間不存在短頸;其連接螺紋不是通透的光孔,而是半通透的螺紋孔。該設(shè)計使得設(shè)備與閥門之間,僅有設(shè)備的壁厚與法蘭的厚度之和為死區(qū)。
為克服這段死區(qū)的影響,釜底閥的閥座采用了凸出設(shè)計,閥座結(jié)構(gòu)如圖1所示。閥座凸出部分的長度x與外徑d可根據(jù)設(shè)備管口的尺寸進行制造,與其匹配,確保凸出部分伸入管口內(nèi),并且兩者之間的空隙盡可能小。一些優(yōu)秀廠家的釜底閥產(chǎn)品,其柱塞型閥芯與管口內(nèi)壁的距離最小可達2mm,這就確保了大于2mm的固體顆粒無法進入縫隙,有效防止了閥門的卡澀。
圖1 釜底閥閥座結(jié)構(gòu)示意
1.3密封方式
釜底閥的密封有兩種方式,一種為軟密封,依靠O型環(huán)密封;另一種為硬密封,依靠金屬密封線密封。密封的部位可在閥體內(nèi),也可在閥體外與設(shè)備接口處。閥體內(nèi)密封,凸出的部位為閥芯,其尺寸較小,適用于管口內(nèi)徑較小的設(shè)備;閥體外密封,凸出的部位為閥體,凸出部分尺寸較大,但密封處應(yīng)力較大,密封性強于閥體內(nèi)的形式。
1.4閥芯形狀
釜底閥的無死區(qū)設(shè)計,亦體現(xiàn)在其閥芯形狀上。通常分為平面和弧面兩種,根據(jù)管口設(shè)備內(nèi)壁的形狀,選擇閥芯形狀,以確保閥芯與設(shè)備內(nèi)壁平滑相接,避免死區(qū)。
1.5一體化溫度測量解決方案
當工藝要求檢測反應(yīng)釜底的溫度時,釜底閥可提供一種一體化溫度測量的解決方案。測溫元件及其連接線貫穿執(zhí)行機構(gòu)、閥桿與閥芯,測溫元件置于閥芯內(nèi)部,即設(shè)備底部,可保證測溫的準確性與連續(xù)性。該一體化設(shè)計無需在設(shè)備上開孔,也無需拆卸閥門,即可抽取出來,方便拆卸,是一種溫度測量的優(yōu)化方案。
2釜底閥在FMTP項目中的應(yīng)用
2.1工況特點
FMTP項目聚丙烯裝置內(nèi)的釜底閥,應(yīng)用于儲存、排放催化劑介質(zhì)的預(yù)制罐和計量罐等設(shè)備。聚丙烯催化劑由固體催化粉末與液體丙烯混合而成,混合后的催化劑為漿狀介質(zhì),黏度高,易黏結(jié),并且具有腐蝕性和沖刷性。設(shè)備內(nèi)為防止其黏結(jié),須使用攪拌器攪拌,工況復(fù)雜而苛刻。
2.2選型要求
根據(jù)催化劑設(shè)備的工況特點,罐體的物料出口閥門為防止物料積聚黏結(jié),須要求采用無死區(qū)設(shè)計。
常規(guī)的開關(guān)閥,如球閥、蝶閥等,都不適用于該工況。球閥在關(guān)閉時,物料將存留在閥球內(nèi),會黏結(jié)并堵死整個閥門;蝶閥在打開時,由于開度有限,會對物料排放產(chǎn)生較大的阻礙。并且這兩種閥門的排放口都須配備法蘭短管,排放后會形成死區(qū),物料黏結(jié)堵死整個流道。
釜底閥可有效解決常規(guī)開關(guān)閥的上述問題,其在選型上的要求如下:
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1) 下展式。因閥門管口緊貼攪拌器,因而閥芯不可伸出管口以外,只能選擇在閥體內(nèi)動作的下展式閥門。
2) 柱塞型。聚丙烯催化劑為高黏度漿體,流通時,流道需通暢;關(guān)閉時,閥腔需清潔。采用柱塞式閥芯,在下料時可完全退至流道以外,不會阻礙物料的流出。同時柱塞式閥芯可充滿整個閥體,使其具備自清潔的能力,開閉時,可通過切刮閥腔清除物料,防止?jié){體凝固。而碟片式閥芯在下料時會對漿體形成一定的阻力,由于閥腔較大,且碟片型閥芯不具備自清潔能力,漿體易在腔體內(nèi)壁凝固。
3) PAD法蘭設(shè)計。為避免加工造成的誤差,采用了閥門廠家配備的PAD法蘭。相比設(shè)備廠商提供的法蘭,其加工精度更高,匹配性強,可確保閥體與法蘭的縫隙小于2mm,基本杜絕了物料在管口交接處的堵塞,確保了閥門開閉的順暢。
4) 弧形閥芯。由于出料口處罐體內(nèi)壁為弧形,根據(jù)設(shè)備圖紙,閥芯設(shè)計成弧形,使閥門與設(shè)備內(nèi)壁平齊,避免在閥門與設(shè)備內(nèi)壁交匯處形成死區(qū)。
6) 閥內(nèi)件硬化處理??紤]到催化劑漿料的沖刷性,閥門須選用硬閥座,閥座與閥芯采用鎢鉻鈷合金堆焊表面處理和精密加工技術(shù),硬度達到HRC56以上,具有高耐磨、耐腐蝕的性能。
7) 一體化溫度測量。原設(shè)計為閥體與溫度變送器獨立設(shè)置,采用一體化測量方案后,優(yōu)化了管口設(shè)計。
3結(jié)束語
釜底閥在工業(yè)中的應(yīng)用極為廣泛,在聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯工藝中有良好的應(yīng)用業(yè)績和使用效果。在PP生產(chǎn)工藝中,釜底閥亦是大量使用。設(shè)計中,應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備、介質(zhì)的工況,結(jié)合釜底閥不同結(jié)構(gòu)的特點,合理選型,提供良好的解決方案。
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中圖分類號:TQ055.8+1
文獻標志碼:B
文章編號:1007-7324(2016)01-0076-02
作者簡介:鄭建生(1984—),男,天津人,2008年畢業(yè)于天津大學(xué)檢測技術(shù)與自動化裝置專業(yè),獲碩士學(xué)位,現(xiàn)就職于中國天辰工程有限公司,主要從事工業(yè)儀表設(shè)計工作,任工程師。
稿件收到日期: 2015-11-12,修改稿收到日期: 2015-12-04。