熔鹽系統(tǒng)作為片堿濃縮裝置的重要組成部分，現(xiàn)場使用工況較為惡劣，zui高工作溫度達(dá)420℃，工作壓力1.6MPa。由于熔鹽在常溫下易結(jié)晶，當(dāng)系統(tǒng)臨時(shí)停車檢修時(shí)，熔鹽易在系統(tǒng)的閥腔壁面和管道壁面

              熔鹽系統(tǒng)作為片堿濃縮裝置的重要組成部分，現(xiàn)場使用工況較為惡劣，zui高工作溫度達(dá)420℃，工作壓力1.6MPa。由于熔鹽在常溫下易結(jié)晶，當(dāng)系統(tǒng)臨時(shí)停車檢修時(shí)，熔鹽易在系統(tǒng)的閥腔壁面和管道壁面，甚至在密封處產(chǎn)生結(jié)晶。熔鹽偏心半球閥具有開啟力矩小，關(guān)閉時(shí)能消除密封面處結(jié)垢障礙，全開啟時(shí)流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，在苛刻工況環(huán)境系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，可成功替代球閥、蝶閥、閘閥等沖刷、結(jié)晶比較嚴(yán)重的閥門產(chǎn)品。

    1 熔鹽偏心半球閥原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    原使用的球閥的閥球和閥座密封面一直處于接觸狀態(tài)，密封副間形成結(jié)晶后易出現(xiàn)密封副磨損及閥球卡死；相對于全通徑閥門，在全開啟狀態(tài)下的蝶閥的流阻系數(shù)比較大，同時(shí)蝶板密封面一直處于沖刷狀態(tài)。該熔鹽偏心半球閥是在球閥和偏心蝶閥優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上演變而來的，利用半球繞閥桿的軸線旋轉(zhuǎn)90°達(dá)到其開啟和關(guān)閉的目的。由于半球閥采用偏心結(jié)構(gòu)，當(dāng)半球從關(guān)閉位置開啟8°左右，半球密封面與閥座密封面基本*脫離，從而減少啟閉時(shí)閥座與閥瓣密封副之間的磨損。半球閥為偏心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)閥瓣關(guān)閉時(shí)，閥瓣與閥座密封面之間為楔式密封結(jié)構(gòu)，能夠很好地切掉黏附在閥瓣密封面上的固體顆粒，因此熔鹽偏心半球閥密封面具有很好的自清潔功能。

    本熔鹽偏心半球閥（如圖1所示）的密封結(jié)構(gòu)主要包括閥體、閥座環(huán)、碟簧、浮動(dòng)閥座和活塞環(huán)等。閥座采用施加預(yù)緊力的浮動(dòng)閥座自密封結(jié)構(gòu)（如圖2所示），壓緊圈和閥座之間有蝶形彈簧，裝配時(shí)施加閥座一定的預(yù)緊力，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，介質(zhì)力推動(dòng)閥座向閥芯貼合更緊，滿足密封所需要的作用力。閥座在徑向采用活塞環(huán)密封，活塞環(huán)可用于高溫高壓，碟簧材質(zhì)采用因科鎳爾。這種密封結(jié)構(gòu)克服了閘閥密封不足的問題，半球閥的密封效果得到大大的改善。根據(jù)使用工況的磨損程度，閥體和閥瓣可采用噴涂或搪瓷特殊工藝處理，如果通過超音速火焰噴涂技術(shù)處理半球閥（如WC或Cr₃C₂－NiCr陶瓷合金粉噴涂材料在閥門內(nèi)部表面形成均勻致密的結(jié)合層），涂層硬度高，耐磨耐蝕性好，可以很好地改善閥門的使用性能。

1—活塞環(huán)；2—碟簧；3—浮動(dòng)閥座；4—閥座環(huán)；5—閥體

圖1 熔鹽偏心半球閥結(jié)構(gòu)

1—閥體；2—閥座環(huán)；3—碟簧；4—浮動(dòng)閥座；5—活塞環(huán)

圖2 活塞環(huán)浮動(dòng)閥座結(jié)構(gòu)

    2 熔鹽偏心半球閥閥體壁厚

    閥體是熔鹽偏心半球閥的主要零部件，除承受管道介質(zhì)的壓力、溫度以及閥門的操作力和管路上的一些不可預(yù)測的載荷外，還要抵抗工作介質(zhì)的腐蝕和沖刷。熔鹽偏心半球閥閥體壁厚的計(jì)算公式為：

    式中：S_B為zui小壁厚，mm；D_n為閥腔zui大直徑，mm；p為設(shè)計(jì)壓力，MPa；［σ_L］為材料許用拉應(yīng)力，MPa；C為附加余量，mm。

    3 熔鹽偏心半球閥的流體特點(diǎn)

    采用ansys有限元分析軟件對半球閥開度為100%時(shí)進(jìn)行了流體域的模擬分析。由分析可得：流體zui高速出現(xiàn)在進(jìn)口部分；整體流道速度分布梯度較小，幾乎維持在中間區(qū)域；流體過流比較順暢，整個(gè)流態(tài)比較平穩(wěn)，上下兩側(cè)幾乎成對稱態(tài)勢，整個(gè)流道內(nèi)流速無明顯增加，壓力局部損失明顯減小。流場的zui高流速?zèng)]有出現(xiàn)在閥座密封面處，閥瓣密封面處介質(zhì)流速很低，這樣，閥瓣的磨損較小。這種情況下，流阻系數(shù)幾乎為零，能很好地降低能耗，從長期能耗計(jì)算，在實(shí)際工況中相對于流阻較大的截止閥，每臺偏心半球閥每年能耗低上千元。

    閥座采用自密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在較大壓力和較高溫度的工況下能很好地密封；閥瓣為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣閥軸和填料之間沒有直線運(yùn)動(dòng)的摩擦。根據(jù)實(shí)際工況，半球閥可以采用電控或氣控執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣便于操作、監(jiān)控閥門的啟閉狀態(tài)。

    4 熔鹽偏心半球閥主要零部件的加工

    4.1 密封副的堆焊工藝

    由于常溫時(shí)熔鹽介質(zhì)易結(jié)晶，閥瓣和閥座貼合時(shí)，密封副極易出現(xiàn)磨損或擠傷。故一般的軟密封無法滿足工況要求，須在密封副上堆焊一層3mm厚的硬質(zhì)合金，這樣可大大提高閥門密封的壽命。堆焊時(shí)，先在閥座和閥瓣密封面處加工一個(gè)堆焊溝槽，然后在溝槽內(nèi)進(jìn)行堆焊，根據(jù)堆焊的材質(zhì)，作適當(dāng)熱處理，保證焊接質(zhì)量要求。

    4.2 加工

    由于閥座和閥瓣上堆焊了硬質(zhì)合金，硬度在HRC45～HRC55之間，硬密封的密封面對光潔度要求較高，因此須在的研磨機(jī)床上加工而成。先對堆焊的密封件進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，然后進(jìn)行粗加工、精加工，之后對密封面處進(jìn)行配對研磨處理。

    5 結(jié)語

    熔鹽偏心半球閥采用楔形偏心結(jié)構(gòu)、活塞環(huán)作徑向密封、閥座為浮動(dòng)式的設(shè)計(jì)方式，解決了高溫難于密封的難題。熔鹽偏心半球閥整體結(jié)構(gòu)緊湊，閥瓣與閥座密封性好、密封壓力大。半球閥采用的氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化（可直接進(jìn)入DCS），工作可靠。密封面間磨損小，大大提高了閥門的使用壽命，對企業(yè)降低能耗、節(jié)約運(yùn)行成本起到了重要的作用。熔鹽偏心半球閥將會(huì)在易結(jié)晶、易結(jié)疤的苛刻工況環(huán)境獲得廣泛應(yīng)用