潘 錦，魯正樂

（1.蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司，陜西渭南 715500；2.川武自動(dòng)化科技（西安）有限公司，陜西西安 710061）

1 聚烯烴排料閥（PDS 閥）的現(xiàn)狀

（1）聚烯烴排料閥。聚丙烯和聚乙烯等聚烯烴裝置在大型乙烯石化項(xiàng)目和甲醇制烯烴項(xiàng)目中屬于主體裝置，其工藝是由氣相原料反應(yīng)生產(chǎn)固體聚合物的復(fù)雜過程。影響裝置連續(xù)長周期安全運(yùn)行的因素較多，產(chǎn)品排料系統(tǒng)的排料閥是否可靠是重要的因素。

以采用UNIVATION 工藝包的聚烯烴裝置為例，在催化劑作用下，流化床反應(yīng)器中的氣相聚乙烯（聚丙烯），經(jīng)過反應(yīng)生成粉狀的聚乙烯（聚丙烯）。當(dāng)粉狀的產(chǎn)品在反應(yīng)器床層堆積一定量時(shí)，PDS（Product Discharge System，產(chǎn)品排料系統(tǒng)）會(huì)自動(dòng)控制出料操作，出料管線上的閥門就是產(chǎn)品排料閥，即PDS 閥。一般反應(yīng)系統(tǒng)配有2 套PDS。

1#PDS 和2#PDS 對(duì)稱配置，分別帶有AA、GG、A、B、C、D、E、G、H、J、L、M、P（含P1，P2，P3）等PDS 閥，其中PDS 閥X 和W是兩條PDS 公用的平衡閥。其中AA 閥和GG 閥為手動(dòng)操作閥，其他閥門是自動(dòng)控制的氣動(dòng)球閥。

（2）聚烯烴排料閥需要滿足的工藝要求。聚烯烴工藝技術(shù)的特點(diǎn)使得PDS 閥門必須滿足以下要求：①極高的動(dòng)作頻率，PDS 閥門的年動(dòng)作次數(shù)約30～50 萬次；②大量聚合反應(yīng)出的產(chǎn)品顆粒會(huì)對(duì)閥門密封面的造成磨蝕；③聚乙烯顆粒具有自聚特性，一旦進(jìn)入閥腔會(huì)自聚越來越大，影響閥門動(dòng)作而最終可能抱死閥門；④需要的密封等級(jí)最低要求為Ⅵ級(jí)密封；⑤部分高壓差下動(dòng)作的閥門，會(huì)在小開度時(shí)承受粉料或者粒料產(chǎn)品對(duì)閥門的沖刷，這種沖刷會(huì)破壞閥門密封；⑥聚合反應(yīng)的溫差變化大，特別是生產(chǎn)聚丙烯的裝置，在緊急事故情況下，丙烯在高壓時(shí)會(huì)形成低溫，要求閥門適應(yīng)低溫到-45 ℃；⑦閥門開關(guān)時(shí)快速動(dòng)作，如要求6 英寸（15.24 cm）口徑及以下的閥門，開關(guān)時(shí)間在1.5 s 內(nèi)，6 英寸口徑以上的閥門，開關(guān)時(shí)間在2.5 s 內(nèi)。

（3）PDS 閥門存在的問題。球閥作為出料閥，雖然做了許多針對(duì)性的設(shè)計(jì)和加工，如采用無空腔設(shè)計(jì)、增強(qiáng)閥桿軸承、球面鏡面處理、流道拋光、硬化處理等，但是依然不能滿足長周期生產(chǎn)的需要，存在的主要問題是：①由于球閥的結(jié)構(gòu)性的問題，閥球的磨損和閥腔的積料不能避免；②閥門的實(shí)際開閉扭矩會(huì)大于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（扇形執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者撥叉式）的設(shè)計(jì)扭矩；③高頻次的動(dòng)作以及超負(fù)荷使用嚴(yán)重影響氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壽命，進(jìn)而影響閥門的整體壽命；④在工況異常情況下，如出現(xiàn)皮帶料或拉絲料，球閥必須下線解體清理，勞動(dòng)強(qiáng)度大，維護(hù)和檢修成本高；⑤選用進(jìn)口品牌閥門價(jià)格高。

針對(duì)這一現(xiàn)狀，國內(nèi)廠家在致力于攻關(guān)，某儀表有限公司近年開發(fā)的滑板切斷閥，應(yīng)該具有比較好的應(yīng)用前景。

2 滑板切斷閥的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

滑板切斷閥結(jié)構(gòu)簡單，類似于一個(gè)8 字形盲板，有盲和通兩個(gè)位置，直行程動(dòng)作（圖1）?；迩袛嚅y的閥板和閥座經(jīng)過硬化研磨形成鏡面，實(shí)現(xiàn)長久零泄漏；閥座為浮動(dòng)閥座。滑板切斷閥的特點(diǎn)有以下3 個(gè)特點(diǎn)：

圖1 滑板切斷閥外形

（1）面密封和隱藏式密封。面密封是滑板切斷閥區(qū)別于其他類型閥門的本質(zhì)特征，其結(jié)構(gòu)有2 個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①閥門具有更大的磨蝕裕度，在同樣的介質(zhì)工況下，面密封結(jié)構(gòu)的閥門具有更長的使用壽命；②在密封面沒有完全磨蝕掉以前，閥門可以一直保持零泄漏。

隱藏式密封是指閥門在開關(guān)過程中以及全開時(shí)，閥座和閥板密封面受到的磨蝕相比球閥等來說，要小很多。球閥的流體形態(tài)模擬如圖2 所示，可以看出閥門小開度時(shí)，工藝介質(zhì)直接沖刷閥座?；迩袛嚅y的流體形態(tài)模擬如圖3 所示?；彘y的密封面在全開和全閉時(shí)全部隱藏，不受介質(zhì)沖刷磨損。閥門在半開時(shí)，因介質(zhì)流向與密封面成90°，介質(zhì)從順著密封面外沿流道流過，對(duì)密封面的直接沖刷減到最小。即使外沿有一定的磨損，閥門結(jié)構(gòu)采用的是面密封結(jié)構(gòu)，密封面有一定寬度，也不會(huì)降低密封效果。

圖2 球閥的流體狀態(tài)模擬

圖3 滑板切斷閥的流體狀態(tài)模擬

（2）鏡面配合?；迩袛嚅y的閥板和閥座經(jīng)過硬化研磨，形成鏡面配合，整個(gè)閥板的表面粗糙度控制在0.2 μm 左右。由于閥座是浮動(dòng)閥座，所以在保證閥座和閥板之間零泄漏的同時(shí)，還可以確保閥板動(dòng)作的靈活。工廠加工的閥板鏡面如圖4 所示?；迩袛嚅y是直行程動(dòng)作的閥門，每開關(guān)動(dòng)作一次，閥板閥座相當(dāng)于自研磨一次。所以對(duì)于滑板切斷閥來說，在鏡面不破壞的前提下，它的密封性能會(huì)越來越好。閥板和閥座的鏡面配合是滑板切斷閥的生命線，所以其材料選擇、硬化處理、加工研磨的要求非常高。

圖4 閥板鏡面

（3）剪切力極強(qiáng)。由于滑板切斷閥是直行程動(dòng)作的閥門，工藝介質(zhì)的流動(dòng)方向和閥板的運(yùn)動(dòng)方向垂直，同時(shí)由于閥板和閥座進(jìn)行足夠的硬化處理和研磨，所以滑板切斷閥具有極強(qiáng)的剪切力。其適合聚烯烴的異常工況，即正常粉料變成皮帶料和拉絲料的情況，滑板切斷閥可以輕易剪斷物料，閥門動(dòng)作不受影響。另外自潔功能也是滑板切斷閥的本質(zhì)特點(diǎn)，閥門動(dòng)作時(shí)，閥板上粘附的物料會(huì)被輕松地刮掉。

（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)扭矩小且保持不變。考慮到工藝介質(zhì)的壓力方向與閥門動(dòng)作方向垂直，閥門密封面硬度高、表面光潔、摩擦系數(shù)小，滑板閥所需要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)扭矩要小。由于滑閥沒有球閥意義上的閥腔，物料和閥板之間只做相對(duì)位移，消除了球閥閥球和物料的硬磨擦或者擠壓現(xiàn)象，所以滑閥的開啟關(guān)閉扭矩長時(shí)間可以保持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)?；迩袛嚅y是直行程動(dòng)作閥門，球閥是角行程動(dòng)作閥門，兩種閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也不同。直行程動(dòng)作閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是雙作用活塞式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，除了活塞外幾乎沒有可動(dòng)部件；而球閥采用的角行程機(jī)構(gòu)，不僅有活塞的直行程運(yùn)動(dòng)，還要把活塞的直行程運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍蜷y需要的角行程運(yùn)動(dòng)，所以可動(dòng)部件較多。

PDS 場合使用的閥門是高頻動(dòng)作閥門，根據(jù)不同項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障要占到閥門總故障的50%，對(duì)生產(chǎn)的影響非常大。所以對(duì)高頻場合而言，簡單可靠的直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)要優(yōu)于復(fù)雜昂貴的角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用直行程氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門在某殼牌氣化爐煤粉鎖斗泄壓場合已經(jīng)使用了7 年多（圖5），動(dòng)作頻率1 次/（30 min），閥門和氣缸沒有任何問題。

圖5 煤粉鎖斗泄壓閥（12 英寸600#）

3 滑板切斷閥的閥腔

（1）閥腔積料問題。對(duì)于固體物料場合，滑板切斷閥的閥腔是一個(gè)短板，閥腔積料會(huì)影響閥門的行程?？紤]到PDS閥門動(dòng)作頻率高，閥門開關(guān)過程中管道和閥腔聯(lián)通，如果是主物料閥（DN300 CL300），會(huì)有粉料進(jìn)入閥腔，進(jìn)入粉料的多少和閥門安裝方位有關(guān)，垂直管道安裝的閥門進(jìn)入閥腔的粉料相對(duì)較少。如果粉料堆積到一定程度，會(huì)影響到閥門的正常開啟。解決閥腔積料的方法，可以結(jié)合現(xiàn)場的具體情況進(jìn)行選擇。

對(duì)于全固體粉料場合或者固含量很高的場合，可以采用全封閉結(jié)構(gòu)（圖6）解決這個(gè)問題。使用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，開關(guān)過程中帶入的粉料存在全密封結(jié)構(gòu)內(nèi)，不會(huì)落入閥腔，下一次動(dòng)作時(shí)，存在于全密封結(jié)構(gòu)內(nèi)的粉料會(huì)被帶回管道內(nèi)，從而避免了閥腔積料。

圖6 全密封結(jié)構(gòu)

解決閥腔積料的第2 種方法是吹掃，吹掃氣的選擇以及吹掃氣壓力和流量等參數(shù)要必須滿足工藝的要求。有些聚烯烴工藝包中，PDS 閥門本身就設(shè)計(jì)吹掃管線，并合理地使用循環(huán)氣做吹掃氣。這種情況下，可以采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的滑板切斷閥，把循環(huán)氣引入閥腔，當(dāng)閥門動(dòng)作過程中閥腔和管線聯(lián)通時(shí)，高壓的循環(huán)氣帶著粉料進(jìn)入下游管道或設(shè)備，可以解決閥腔積料問題。

（2）分體式閥腔結(jié)構(gòu)?；迩袛嚅y的閥腔也有其有利的一面，例如用于PDS 場合的滑板切斷閥可以做成分體式結(jié)構(gòu)，或者在閥腔的下游一側(cè)開個(gè)大小合適的孔，平時(shí)用盲板盲死。閥腔的底蓋示如圖7 所示。當(dāng)工況異常時(shí)，如果不是全密封結(jié)構(gòu)的閥門，就會(huì)有塊料進(jìn)入閥腔，但對(duì)于滑板切斷閥來說，只需要拆下閥門底蓋或盲板就可以方便地清理閥腔內(nèi)的物料，省去了閥門下線解體的麻煩。

圖7 閥腔底蓋

4 結(jié)束語

滑板切斷閥的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)完美地契合聚烯烴出料工況（PDS）對(duì)閥門的所有要求，是PDS 場合進(jìn)口高頻球閥國產(chǎn)化的一個(gè)理想選項(xiàng)。