釜底阀在FMTP项目中的应用

郑建生

(中国天辰工程有限公司 仪表电气部，天津 300400)



釜底阀在FMTP项目中的应用

郑建生

(中国天辰工程有限公司 仪表电气部，天津 300400)

摘要：针对催化剂储罐中常规开关阀结构上存在死区、易造成设备出料口堵塞的缺陷，采用釜底阀则是良好的解决方案。详细介绍了釜底阀的结构与特点，并根据该项目的工况特点，选用了下展式釜底阀，采用柱塞型结构，且凸出的阀体部分与设备PAD法兰尺寸匹配，实现了结构上的无死区设计；通过采用阀体外硬密封以及阀内件的硬化处理，满足了密封性与耐磨的要求，有效地克服了介质易黏结的问题，取得了良好的应用效果。

关键词：釜底阀柱塞型黏度密封性阀内件死区

FMTP科技示范项目采用中国化学工程集团公司与清华大学联合研发的FMTP工艺，由甲醇制得丙烯，再以丙烯为原料，采用美国鲁姆斯气相合成工艺制取聚丙烯。

釜底阀主要用于各类反应釜、反应器、储罐的底部排料, 打开及关断的无死区设计为其主要特点。聚丙烯装置中，催化剂储罐出料阀多处采用了釜底阀。

1釜底阀的结构与特点

釜底阀通常由阀体、阀芯、阀杆、阀座、执行机构等组成，通过阀杆推动阀芯上升或下降，从而达到开启与关闭的目的。

1.1结构与分类

釜底阀的结构多样，通常有两种分类方式。

1) 上展式与下展式。按照阀门开闭形式的不同，可分为上展式与下展式。阀门正确安装时，阀杆向上运动，阀门打开，为上展式；阀杆向下运动，阀门打开，为下展式。上展式釜底阀，阀芯在阀门体外动作，其阀门体积更小，但需要设备内有一定的操作空间；下展式釜底阀，阀芯在阀体内动作，阀门体积更大，无需操作空间。

2) 碟片式与柱塞式。碟片式釜底阀阀芯为阀瓣结构，阀杆较细，行程较短，阀门动作时，阀芯始终在流道内动作；物料排放时，阀芯退至流道内的底部，不可避免地将阻碍物料下排，排放不畅。柱塞式釜底阀采用阀芯阀杆一体化设计，阀芯为柱状结构，阀杆较粗，行程较长，阀门动作时，阀芯可完全退至流道外；物料排放时，阀芯对物料流动无影响，排放更流畅。

1.2无死区设计

釜底阀最大的优点在于无死区设计，该设计的核心为PAD法兰与凸出型阀体的配合使用。

普通法兰由于在设备与法兰之间存在一段短颈，浆料、粉料等易在其中凝结、黏连，这段短颈便成为死区。釜底阀无死区的设计是借助于阀体与容器底部的PAD法兰连接。PAD法兰又称作盘座式法兰、凸缘法兰，法兰片直接焊接在设备底部，设备与法兰之间不存在短颈；其连接螺纹不是通透的光孔，而是半通透的螺纹孔。该设计使得设备与阀门之间，仅有设备的壁厚与法兰的厚度之和为死区。

为克服这段死区的影响，釜底阀的阀座采用了凸出设计，阀座结构如图1所示。阀座凸出部分的长度x与外径d可根据设备管口的尺寸进行制造，与其匹配，确保凸出部分伸入管口内，并且两者之间的空隙尽可能小。一些优秀厂家的釜底阀产品，其柱塞型阀芯与管口内壁的距离最小可达2mm，这就确保了大于2mm的固体颗粒无法进入缝隙，有效防止了阀门的卡涩。

图1　釜底阀阀座结构示意

1.3密封方式

釜底阀的密封有两种方式，一种为软密封，依靠O型环密封；另一种为硬密封，依靠金属密封线密封。密封的部位可在阀体内，也可在阀体外与设备接口处。阀体内密封，凸出的部位为阀芯，其尺寸较小，适用于管口内径较小的设备；阀体外密封，凸出的部位为阀体，凸出部分尺寸较大，但密封处应力较大，密封性强于阀体内的形式。

1.4阀芯形状

釜底阀的无死区设计，亦体现在其阀芯形状上。通常分为平面和弧面两种，根据管口设备内壁的形状，选择阀芯形状，以确保阀芯与设备内壁平滑相接，避免死区。

1.5一体化温度测量解决方案

当工艺要求检测反应釜底的温度时，釜底阀可提供一种一体化温度测量的解决方案。测温元件及其连接线贯穿执行机构、阀杆与阀芯，测温元件置于阀芯内部，即设备底部，可保证测温的准确性与连续性。该一体化设计无需在设备上开孔，也无需拆卸阀门，即可抽取出来，方便拆卸，是一种温度测量的优化方案。

2釜底阀在FMTP项目中的应用

2.1工况特点

FMTP项目聚丙烯装置内的釜底阀，应用于储存、排放催化剂介质的预制罐和计量罐等设备。聚丙烯催化剂由固体催化粉末与液体丙烯混合而成，混合后的催化剂为浆状介质，黏度高，易黏结，并且具有腐蚀性和冲刷性。设备内为防止其黏结，须使用搅拌器搅拌，工况复杂而苛刻。

2.2选型要求

根据催化剂设备的工况特点，罐体的物料出口阀门为防止物料积聚黏结，须要求采用无死区设计。

常规的开关阀，如球阀、蝶阀等，都不适用于该工况。球阀在关闭时，物料将存留在阀球内，会黏结并堵死整个阀门；蝶阀在打开时，由于开度有限，会对物料排放产生较大的阻碍。并且这两种阀门的排放口都须配备法兰短管，排放后会形成死区，物料黏结堵死整个流道。

釜底阀可有效解决常规开关阀的上述问题，其在选型上的要求如下：

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1) 下展式。因阀门管口紧贴搅拌器，因而阀芯不可伸出管口以外，只能选择在阀体内动作的下展式阀门。

2) 柱塞型。聚丙烯催化剂为高黏度浆体，流通时，流道需通畅；关闭时，阀腔需清洁。采用柱塞式阀芯，在下料时可完全退至流道以外，不会阻碍物料的流出。同时柱塞式阀芯可充满整个阀体，使其具备自清洁的能力，开闭时，可通过切刮阀腔清除物料，防止浆体凝固。而碟片式阀芯在下料时会对浆体形成一定的阻力，由于阀腔较大，且碟片型阀芯不具备自清洁能力，浆体易在腔体内壁凝固。

3) PAD法兰设计。为避免加工造成的误差，采用了阀门厂家配备的PAD法兰。相比设备厂商提供的法兰，其加工精度更高，匹配性强，可确保阀体与法兰的缝隙小于2mm，基本杜绝了物料在管口交接处的堵塞，确保了阀门开闭的顺畅。

4) 弧形阀芯。由于出料口处罐体内壁为弧形，根据设备图纸，阀芯设计成弧形，使阀门与设备内壁平齐，避免在阀门与设备内壁交汇处形成死区。

6) 阀内件硬化处理。考虑到催化剂浆料的冲刷性，阀门须选用硬阀座，阀座与阀芯采用钨铬钴合金堆焊表面处理和精密加工技术，硬度达到HRC56以上，具有高耐磨、耐腐蚀的性能。

7) 一体化温度测量。原设计为阀体与温度变送器独立设置，采用一体化测量方案后，优化了管口设计。

3结束语

釜底阀在工业中的应用极为广泛，在聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯工艺中有良好的应用业绩和使用效果。在PP生产工艺中，釜底阀亦是大量使用。设计中，应根据工艺设备、介质的工况，结合釜底阀不同结构的特点，合理选型，提供良好的解决方案。

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中图分类号：TQ055.8+1

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2016)01-0076-02

作者简介：郑建生(1984—)，男，天津人，2008年毕业于天津大学检测技术与自动化装置专业，获硕士学位，现就职于中国天辰工程有限公司，主要从事工业仪表设计工作，任工程师。

稿件收到日期： 2015-11-12，修改稿收到日期： 2015-12-04。