劉君瑞　梁濤
（神華寧夏煤業集團煤（méi）炭化學工業分公司烯烴公司，寧夏銀川　750411）

　　摘　要：隨著國家經濟的日益（yì）發展（zhǎn）和工業生產的要求越來越高，油料（liào）能源（yuán）的緊缺情況也在逐漸增加，所以煤（méi）製烯烴技術是維持我（wǒ）國能源消耗平衡的一項（xiàng）重大技術（shù）。在煤製烯烴的生產過程中，閥門是很重要的控製性設備，閥門的（de）種（zhǒng）類有很多。文章將通過硬密封球閥的特點與使用來結合煤（méi）製烯烴的工藝（yì）技術，探討（tǎo）煤化工工藝技術中對於硬密封（fēng）球閥的選型及應用。
　　關鍵詞（cí）：煤化（huà）工產業；煤製烯烴；密封球閥；資源緊缺；設備選型

　　在我國，煤化工（gōng）產業的發展Z為突出（chū），因為在我國（guó）國內能源總消（xiāo）耗的比例中，煤炭占了67.8%，是名副其（qí）實的煤礦大國（guó）。煤礦資源的利用廣（guǎng）泛主（zhǔ）要是因為我國是一個富（fù）煤少油的國家（jiā），用煤炭製造能源能夠彌補我國石油產量的不足。
　　1　煤化工業概況
　　煤化工就是以煤炭為主要原料進行化工產（chǎn）品的生產。在煤化工行業裏包括煤電石、煤氣化、煤液化、煤焦化（huà）等產業，它們形成了一個煤化（huà）工產業的產（chǎn）業鏈，其中（zhōng）煤（méi）焦化、煤氣（qì）化等代表傳統產業，煤化工、煤液化代表（biǎo）現代產業（yè），它們共同支撐著煤化（huà）工產（chǎn）業的發展（zhǎn）。目前，為了彌（mí）補國家資源分布（bù）的不平衡，保護本就（jiù）稀缺的石油資源，煤化工產業就擔負起了我國新能源發展的重擔。
　　1.1　煤製烯烴
　　煤製烯烴（tīng）技（jì）術是一種新工藝，與（yǔ）傳統的石化製油根本上的不同就是原料。顯而易見，其煤製烯烴技術的主要工藝關鍵是氣化，而石化製油工藝的關鍵在於裂解。相比於液體石油的裂解（jiě），氣化（huà）技術早早就被人類應（yīng）用，從魯奇爐到GSP氣化，煤（méi）炭的氣化工藝得到了人類的認可，並成功（gōng）地實現了工業（yè）化。
　　1.2　煤製烯（xī）烴的發展方向
　　如上文（wén）所說，我國的能源消耗比例中煤炭（tàn）占了67.8%，是各種資（zī）源消耗（hào）量之首。對於石化產業（yè）的（de）調整是國家國策。總體來（lái）說，我（wǒ）國發展煤製烯烴具有支持原油、下遊需求良好、技術工藝（yì）成熟、經濟優勢明顯等條件，是我國一個重要的朝陽產業。
　　2　密封球閥（fá）
　　在（zài）煤製烯烴的生（shēng）產中，閥（fá）門是煤製烯烴工藝過程中的重要部分（fèn），是煤製烯烴生（shēng）產中重要的控製設備。閥門有很多種，一般在煤製（zhì）烯烴過程中比較常見的是閘閥、截止閥、止回閥、球閥和蝶閥等。這些閥門都必須能夠承受煤製烯烴工藝（yì）過程中的500℃左右的高溫和（hé）30MPa的高壓，而且閥門是抗磨損的，它們能夠承受走樣、燃燒、爆炸、腐蝕和機械磨損等工（gōng）況條件，所以它們的核心裝置都是耐高溫高壓的金屬密（mì）閉球閥，目的就在於承（chéng）受上（shàng）述惡劣條（tiáo）件的發生，在整個煤製烯烴工藝（yì）過程中至關重要（yào）。
　　2.1　球閥的結構
　　煤製（zhì）烯烴的生產中對於球閥的基本要求就是高性能、硬金屬和密封（fēng）。球閥的（de）主要組成包括左閥體、右閥體、球體、右閥座、金屬墊圈（quān）和閥（fá）杆等。由於球閥本身的硬直金屬具有很好的機械性能和研磨性能。它的楔形墊材料又可（kě）以耐高溫和（hé）防腐蝕，所以對於條件嚴苛的煤製油工藝過程就具備（bèi）了很好的耐受性。
　　2.2　球閥的（de）工作（zuò）原理

　　圖1和圖2為金屬密閉球閥的剖麵結構圖。金屬密封球閥是由二片式金（jīn）屬密封球閥改造（zào）而成的。改造後左閥體與左閥座設計融為了（le）一體，也改（gǎi）善了右閥座的密封結構（gòu），所以球閥在管道上的安裝與運行時是沒有方向性可言的。也就是說球閥中（zhōng）的球體當右端與煤油上（shàng）遊管連接時，左端與下遊管連接，上遊管道被施壓後，球閥內的（de）球體會因為介質壓力被緊貼（tiē）在左閥體中，達到球閥的密封效果（guǒ），反之，通過此工（gōng）作原理可以真正實現球（qiú）閥的雙向零泄漏。
　　2.3　球閥的加工工藝
　　高性（xìng）能的金屬密封球閥（fá）在（zài）加工工藝上注重閥座的一（yī）體化（huà），也就是說球體、右閥座與左（zuǒ）閥體的一體化。而且表麵要進行強度很高的硬化處理，在處理後還要進行研磨使其達到光滑並形成不（bú）斷的密封帶，這樣才能完美地實現球閥的零泄漏。
　　3　金屬密封耐（nài）磨（mó）球閥特性試驗
　　在對金屬密封耐磨（mó）球閥特性的試驗中，我們使用的溫度Z高調整到550℃。將（jiāng）閥座密封等級達（dá）到ANSI/FCI70-2的ClassV級的氣（qì）動裝置中，動作5～10s。我們會發現在整個（gè）運（yùn）行過程中，球閥閥門的動作頻率頻繁，並且溫（wēn）度進（jìn）一步（bù）升高。由於介（jiè）質是煤渣+N2，具有很強的腐（fǔ）蝕性，但（dàn）是運行後閥門球體的球麵依然光滑，這是因為硬（yìng）體封的球體和閥座已經進（jìn）行過表麵（miàn）硬化的處理，所以（yǐ）在（zài）煤（méi）轉油工藝中用於渣水介質的閥（fá）門不但（dàn）要（yào）耐磨還要做到耐受強腐蝕性介質的腐（fǔ）蝕。在此次試驗中（zhōng），現（xiàn）場儀表及附件防（fáng）護等級達到了（le）Z高IP68，防爆等級（jí）則（zé）達（dá）到了ExdIICT4。根據上述試驗中的（de）結果我們可以得到硬密封球閥應該具備的四個特點（diǎn）如下：
　　3.1　超高的（de）耐磨性
　　球閥由於受到高溫和不斷運動摩擦的影響一定要耐磨，主（zhǔ）要是球麵和閥座應該噴塗碳（tàn）化物，並且噴塗層厚度應該在0.2～0.4mm的範圍內，硬度也要保持在Z低65HRC，這（zhè）樣能讓密（mì）封球閥具（jù）有很高的耐（nài）磨能力，延長壽（shòu）命。
　　3.2　超強的耐腐蝕性
　　在上述的渣水類工作中，對於閥（fá）體材料的介質要采用（yòng）雙相不鏽鋼或者（zhě）合金，因為要抵抗極強的腐蝕。
　　3.3　密封設計
　　滿足ANSI/FCI70-2的ClassV級密封試驗（yàn）標（biāo）準，確保在煤製（zhì）油過程中，球閥的雙（shuāng）向零泄漏。
　　3.4　雙密封閥座
　　用自（zì）動密封（fēng）雙活塞效應來（lái）切斷介質（zhì），避免閥座浮動帶來的泄漏，達成雙向的密封性閥座。
　　4　煤化工業中對於硬密封球閥的選型運用
　　煤化工（gōng）業雖然隻（zhī）圍繞煤炭為主（zhǔ）題生產，但（dàn）是行業廣泛。根（gēn）據相應的煤（méi）化工行業的相應情況來對閥門進行要求很（hěn）常見，閥門的工藝設計有很多，不同的閥門用於不同的化工應用中。
　　4.1　兩片式球閥
　　兩（liǎng）片式球閥的結（jié）構簡單，采用浮動式。閥座的球（qiú）閥具有中心性和彈性加（jiā）載，這為整（zhěng）個閥門提高（gāo）了平穩性，也提高了實際裝（zhuāng）配的效率並減少了加工工序。由（yóu）於多用於中小（xiǎo）口徑或中級壓力的一些介質的（de）管道上，所以切斷性作用明顯。
　　4.2　三片式球閥結（jié）構
　　三片式閥門根據高壓（yā）與（yǔ）高溫工況而設計，在（zài）閥門的閥杆外有定位軸套，讓軸套來（lái）承受（shòu）介質（zhì）帶來的（de）實際（jì）推力，從而減小閥門的扭矩。由於這種閥門還設置了（le）防（fáng）衝台，所以它能夠防（fáng）止介（jiè）質的壓力過大而導致的閥杆提高甚至衝出。它被常常采用於氣體的傳送與高壓煤粉中的切斷工作。
　　4.3　偏心球閥
　　偏心球閥中，利用（yòng）偏心結構進行直接的鑄（zhù）造。在密封結構上是環形平台，它具有耐高溫性的特點，通常在可（kě）以進（jìn）行調節的管道（dào）上工（gōng）作。
　　4.4　上裝式球閥
　　上裝式球閥（fá）的閥杆與球（qiú）芯以（yǐ）及底軸都采用了頂（dǐng）部安裝設計，可以保持在高壓下不變形，永遠保持在球體的中心性位（wèi）置。具有很高的穩定性，為防止衝（chōng）刷和磨損（sǔn）等現象。由於閥門對於特殊壓力的適應，可以防止管道發生泄漏。
　　4.5　V型球閥
　　這種球閥的球體和（hé）閥座是由彈簧支撐的。在彈簧的形（xíng）變中，閥座與球體會直接（jiē）接觸。球芯和閥（fá）杆采用（yòng）了普通的（de）連接（jiē）方式，回應比較小，而（ér）且可靠性高。這種閥（fá）門（mén）多用於對（duì）液體介（jiè）質的切斷。
　　5　結語
　　因為要承擔煤化工（gōng）產業中較為嚴苛的工業條件，所以對於硬密封球閥的質量（liàng）和製造工藝要求也比較高。硬密封球閥一般都要應用在高溫（wēn）、高壓的固（gù）體性顆粒上。由於國外一些相關產（chǎn）品的維（wéi）修時間非常之長，無法滿足企業生產的需求，在（zài）閥門技術行業還不夠成熟，這就（jiù）給我國高端（duān）閥門國產化提（tí）供了條件。但是無論對於國（guó）外還是我國，都應該在未來的高端閥門方麵進行更多（duō）的研究，為煤（méi）化工行業的未來（lái）發展提供無限的可能。
　　參考文獻
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　　[3]劉際.金屬硬密封球閥的研製[D].哈爾濱工業大學（xué），2009.

來源：《中國高新技術企業》2015年第4期