片碱熔盐截止阀在熔盐系统的应用

李广军，刘丽娟，马新伟，张 鸽

（河南泉舜流体控制科技有限公司，河南郑州 450001）

片碱熔盐截止阀在熔盐系统的应用

李广军，刘丽娟，马新伟，张 鸽

（河南泉舜流体控制科技有限公司，河南郑州 450001）

针对片碱熔盐系统介质在高温高压工况下为液态，停车检修时介质在常温下易结晶的特点，河南泉舜流体控制科技有限公司设计出“片碱熔盐截止阀”，该阀采用耐高温材料和预热结构，阀体采用整体焊接，流体阻力系数小而结构紧凑，适合片碱熔盐系统及其他苛刻工况条件下使用。

片碱熔盐截止阀；预热结构；高温高压；易结晶

在片碱浓缩装置熔盐系统，正常工作温度400℃左右，工作压力1.6MPa，阀门使用工况条件苛刻。在该工况下停车检修时，系统管道壁和阀腔壁面易产生结晶。如果常温下启动阀门，由于大量结晶体存在于阀腔内部，易导致阀杆卡死现象发生。长期以来，阀门结晶问题一直都是片碱熔盐装置的技术瓶颈，频繁的拆卸清洗维护不但增加了企业的成本，还严重影响了生产效率。

1 “泉舜”牌片碱熔盐截止阀的原理和结构设计

1.1 片碱熔盐截止阀的原理

片碱熔盐截止阀（图1）是一种阀瓣沿阀座中心线移动的阀门，当阀瓣从阀座位置移开时，阀座和阀瓣密封面之间就不再接触，因而他的机械磨损就比较小，因此该阀门的密封性能比较好。由于阀瓣的开启距离比较小，密封面能够承受多次启闭，因此片碱熔盐截止阀也适合于管道系统经常检修的场合。

当系统需要停车检修时，整个输送系统的温度降低到接近常温，阀门腔体内和管路内的熔盐易结晶，从而造成阀门的阀杆无法转动，最终使阀瓣无法正常启闭。为此该阀设计了预热结构（图2），在阀门启动前，通过预热结构上的进口管向预热腔内通入热蒸汽或热水，使热蒸汽或热水通过预热结构和阀腔内结晶的熔盐进行热交换，使熔盐在阀腔内保持溶化状态，同时减小了转动副之间的摩擦阻力。

1.2 片碱熔盐截止阀阀体壁厚

阀体是熔盐截止阀的主要零部件，除承受管道介质的压力、温度以及阀门的操作力和管路上的一些不可预测的载荷外，还要能够抵抗工作介质的腐蚀和冲刷。

式中：SB——最小壁厚，mm；

Dn——计算内径，mm；

p——设计压力，mm；

［σL］——材料许用拉应力，MPa；

C——附加余量，mm。

1.3 片碱熔盐截止阀阀杆

熔盐截止阀的阀杆在关闭时，阀杆受到压力作用而密封关闭。

熔盐截止阀的阀杆压应力σy＝QFZ／F≤［σy］

式中：σy——阀杆轴向压应力，MPa；

QFZ——阀杆轴向压力，N；

F——阀杆最小截面积，mm2；

［σy］——阀杆许用压应力，MPa。

2 片碱熔盐截止阀流体特点

由于熔盐截止阀使用的工况为高温高压，因此该阀门的设计加工材料采用的耐高温高压合金钢，在高温下具有较高的热强性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。阀体采用整体焊接结构，结构简单，工作时流体阻力系数小。本文通过有限元分析展示了流体数值模型（图3）。

图3 片碱熔盐截止阀流体模拟

图3中假设的片碱浓缩装置熔盐系统中截止阀的进口流体速度为4m／s，经过ansys计算流体分析软件数值场模拟分析，从流体模型上可以看出，流速最高的流体出现在阀体的阀瓣的上面，即阀体的中间部位，在阀座和阀瓣密封面之间处的流速相对比较低，因此阀瓣和阀座密封面受流体冲刷相对较小。

3 “泉舜”牌片碱熔盐截止阀主要零部件加工特点

3.1 密封面堆焊处理

在阀座和阀瓣密封面加工制造过程中，考虑到介质中存在的固体颗粒，在关闭过程中密封面可能会受到磨损，所以密封面硬度要求比较高。阀瓣和阀座密封面上堆焊了一层厚度δ≥3mm的硬质合金，密封面表面硬度HRC≥46～50。

3.2 加工难度高

由于密封面堆焊了硬质合金金属，硬密封的密封面光洁度要求比较高。鉴于阀座和阀瓣的特殊外形，需要配有专用的研磨机床。阀瓣和阀座经过单独研磨之后还需要配研处理。由于该阀门应用于高温高压条件下，阀体和阀盖的焊接采用连续焊缝，焊接时并进行相应的热处理，同时焊接后还需要进行超声波探伤检验以防止有各种观察不到的焊接缺陷。

4 结 语

为了适应片碱浓缩装置熔盐系统，片碱熔盐截止阀主体材料采用耐热合金钢经过焊接而成。阀盖上设有预热结构，系统停车检修防止阀腔内介质结晶，而导致阀杆卡死现象发生。阀座和阀瓣密封面堆焊特殊的硬质合金，且密封面堆焊技术和配合研磨难度比较大。但经过现场长期的应用，密封面堆焊这种合金耐磨损程度大大提高。与传统的阀门相比，河南泉舜流体控制科技有限公司生产的“泉舜”牌片碱熔盐截止阀，在结构上和工艺上有了较大的改进，能满足片碱浓缩装置熔盐系统高温高压的现场要求，在片碱及其他苛刻工况下将会有广泛的应用前景，同时使用现场减少了阀门频繁的拆卸清洗次数，提高工作效率，随之带来良好的经济效益和社会效益。

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