高 敏,孫高峰,趙英春

(煙臺(tái)國(guó)冶冶金水冷設(shè)備有限公司,山東 煙臺(tái) 265500)

1 概 述

隨著“雙碳”政策的施行,我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)中的鋼鐵產(chǎn)業(yè)也受到了一定的壓力,擴(kuò)張速度不及以前那么迅猛,但這并不是表明鋼鐵產(chǎn)業(yè)不再需要發(fā)展,經(jīng)過(guò)前面幾十年的不斷提升,我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)業(yè)體量上位居世界第一,粗鋼產(chǎn)量多年蟬聯(lián)世界第一,但以前那種粗放型的鋼鐵產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張模式已經(jīng)不再能匹配我國(guó)目前的國(guó)情,正是因?yàn)閲?guó)家提出了“雙碳”政策,鋼鐵產(chǎn)業(yè)必須從“高速度發(fā)展”提高到“高質(zhì)量發(fā)展”的層面,煉鋼企業(yè)要推行高質(zhì)量發(fā)展,首先就應(yīng)該提升本企業(yè)的節(jié)能減排,煉鋼是高耗能大戶,但耗能的同時(shí)也產(chǎn)出著豐富的余熱資源,尤其是在中國(guó)這么一個(gè)鋼產(chǎn)量位居世界首位的國(guó)家,余熱資源更是特別豐富。提高余熱回收水平對(duì)鋼鐵企業(yè)是非常重要的[1]。

為鋼廠配套的余熱鍋爐,長(zhǎng)期在高溫高壓且具有周期性變化的工況下運(yùn)行,管道及閥門(mén)的功能穩(wěn)定性對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行安全至關(guān)重要[2-7]。其中,止回閥也被叫做逆止閥、逆流閥、單向閥等,在余熱鍋爐管道系統(tǒng)中防止水回流沖擊,避免泵及電機(jī)反轉(zhuǎn),盡可能地減少水錘效應(yīng)的影響[8-10],也可降低能源損耗。止回閥作為余熱鍋爐系統(tǒng)中的重要零部件,阻斷水或蒸汽的反向流動(dòng),對(duì)鍋爐系統(tǒng)安全運(yùn)行有著關(guān)鍵作用。

目前,市場(chǎng)常見(jiàn)的止回閥主要有旋啟式、升降式、蝶式、球形、隔膜式等,在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其通常存在一些不足[11-12]。使用介質(zhì)黏度大或含固體顆粒介質(zhì)較多的工況下,會(huì)導(dǎo)致旋啟式止回閥搖桿的開(kāi)啟狀態(tài)不靈敏,造成密封失效,對(duì)工作介質(zhì)的止回作用不可靠。升降式止回閥密封性能好于旋啟式,但存在流阻大,能源消耗多的瑕疵。蝶式止回閥只能在水平管道上安裝,密封性能也差,且阻力及水錘沖擊都較大。球形止回閥需要維護(hù)周期短。而隔膜材料決定了隔膜式止回閥的使用溫度和壓力不能滿足鍋爐工況。

因此采用了一種新式止回閥,其內(nèi)部啟閉件是圓筒形筏瓣,可靠自身重量及工質(zhì)壓力而動(dòng)作來(lái)使工質(zhì)通斷,具備手動(dòng)自動(dòng)雙用功能。這個(gè)產(chǎn)品的閥門(mén)同時(shí)具有截止和止回的功能,既能水平安裝也能垂直安裝使用,手輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)將閥桿全部打開(kāi),水流沖擊作用將閥瓣平穩(wěn)打開(kāi),水流正常通過(guò),如果遇到突發(fā)情況,閥瓣能夠及時(shí)通過(guò)自身的重量按固定的45°自由滑落將密封面封閉,將水流截停止回,避免發(fā)生水錘現(xiàn)象而造成不必要的設(shè)備和管路損壞,后期可以再用手輪順時(shí)針將閥桿關(guān)閉鎖緊。在使用性能,安全性能等方面相對(duì)于以往通用型的止回閥有很大的本質(zhì)提升。

2 新止回閥的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本止回閥是一種新型手動(dòng)自動(dòng)雙用Y型止回閥,主體結(jié)構(gòu)鑄件采用球墨鑄鐵材質(zhì)。結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括閥體、密封件、閥蓋、填料等,閥體和閥蓋材料的化學(xué)成分和機(jī)械性能符合ASTM A536(65-45-12),抗拉強(qiáng)度≥450 MPa,屈服強(qiáng)度≥310 MPa的要求,閥門(mén)部件大多采用鑄造成型,可根據(jù)閥門(mén)的使用介質(zhì),使用性能,安全性,腐蝕性等要求[13-16],將該止回閥閥門(mén)的材質(zhì)采用鑄鋼形式,從而進(jìn)一步提升該止回閥的各方面使用性能。閥桿移動(dòng)軌跡中心線與工作介質(zhì)通道中心線成45°銳角,便于閥瓣通過(guò)自身的重量按此角度自由滑落將密封面封閉。

圖1 新式止回閥結(jié)構(gòu)

本產(chǎn)品添加了手輪控制機(jī)構(gòu),手輪轉(zhuǎn)動(dòng)可控制閥桿動(dòng)作,可將閥門(mén)封閉鎖緊。本產(chǎn)品有密封性能優(yōu)良、水錘沖擊效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。另有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

(1)一體成型的閥體內(nèi) “Y”型通道的直徑大于閥門(mén)兩端法蘭的內(nèi)徑,由此増大了流體的流通面積,降低了介質(zhì)阻力,減少或消除了水錘現(xiàn)象。

(2)閥體上方安裝有閥瓣,閥瓣采用了空心結(jié)構(gòu),重量輕,配套使用了減震活塞環(huán)密封件,具有一定的緩沖減震作用,且具有使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

(3)閥體密封圈和閥瓣密封圈安裝時(shí)成對(duì)配合研磨后裝入閥體,保證兩者在閥座端面上接觸均勻并且讓兩者有一定的活動(dòng)空間,然后將導(dǎo)套裝入閥體,使導(dǎo)套與閥體密封圈的間隙及導(dǎo)套與閥體內(nèi)側(cè)圓的間隙均勻,保證閥桿旋轉(zhuǎn)流暢,最后裝入閥體上,使整個(gè)閥門(mén)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。

(4)本止回閥同時(shí)具備滿足液體和氣體的使用條件,耐高溫高壓,安全性能滿足余熱鍋爐體系要求。

本新式止回閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠,幾乎無(wú)需額外維護(hù)。

3 閥體強(qiáng)度計(jì)算及質(zhì)量檢驗(yàn)

止回閥的閥體作為整個(gè)設(shè)備的承壓件,其質(zhì)量約占整個(gè)閥門(mén)質(zhì)量的70%,其壁厚及質(zhì)量如有問(wèn)題,會(huì)導(dǎo)致泄漏、熱停車等情況,打斷了正常的生產(chǎn)節(jié)奏,故閥體的強(qiáng)度計(jì)算和安全校核應(yīng)引起關(guān)注。

根據(jù)第四強(qiáng)度理論的“畸變能密度引發(fā)材料屈服”,按承受內(nèi)壓的圓筒,計(jì)算閥門(mén)最小需要壁厚:

式中:t為筒體最小需要壁厚,mm;tB為名義壁厚,設(shè)計(jì)給定,mm;p為計(jì)算壓力, MPa;Dn為設(shè)備內(nèi)徑,mm;[σ]為材料的許用應(yīng)力, MPa;φ為焊縫減弱系數(shù) (≤ 1) ;c為厚度附加量,1～5 mm。

4 結(jié) 語(yǔ)

一套煉鋼余熱鍋爐系統(tǒng),安裝的閥門(mén)數(shù)量種類眾多,從煉鋼余熱鍋爐的實(shí)際使用工況分析,常見(jiàn)的止回閥還有改進(jìn)的余地,故采用了新式止回閥結(jié)構(gòu)。該閥在閥瓣卡阻的時(shí)候,可以進(jìn)行手動(dòng)操作,在滿足多功能要求的同時(shí),降低了設(shè)備運(yùn)行成本。