高温耐磨闸阀的工艺设计与制造.pdf
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1、:./.高温耐磨闸阀的工艺设计与制造王军刚郝宏达陈文鑫董 霞张 琳范相辉张国锋张 娜(兰州高压阀门有限公司甘肃 兰州)摘 要:结合用户对耐高温、耐磨损阀门的需求提出了一种适用于石油化工领域重催等装置中的阀门设计与制造方案 该方案详细介绍了耐磨零部件的结构设计和制作工艺并推荐了不同温度等级下材料的选择规定了耐磨衬里阀门的性能试验要求 通过对高温耐磨闸阀进行严格的压力试验以及用户现场实际使用的效果测试验证了阀门各项性能均满足现场使用工况条件解决了重催装置用阀门存在的使用寿命短、密封不可靠容易引起安全事故的难题关键词:高温耐磨闸阀衬里喷涂合金粉末高温材料中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):
2、.:引 言在石油化工领域特别是炼油厂重催、蜡催装置等部位介质通常具有温度高(最高可达 )、带有固体催化剂、压力高、流速快(流速为./)的特点 在这些位置使用的切断阀门(如闸阀等类阀门)由于金属结构和高温下金属的抗撕扯能力降低原因很容易被磨损造成承压主体减薄甚至穿孔酿成事故迫使生产停工 而且频繁地停车容易造成大量的经济损失无法满足使用方要求因此设计一款不提高成本且寿命比较长的阀门迫在眉睫高温耐磨闸阀主要作用是可以对阀体、闸板等容易被介质冲蚀的部位进行特殊处理使阀门具备耐冲蚀、耐磨损的功能该阀门主要应用在催化、裂化含催化剂的高温管道系统及三聚氰胺装置上笔者针对介质中含有催化剂颗粒的阀门存在的使用寿
3、命短、密封不可靠等问题提出了一种耐高温、耐磨损闸阀的设计制造方案 通过对阀门磨损部位的分析得出了一种通过耐磨衬里和喷涂硬质合金来提高阀门可靠性的工艺并通过试验应用验证了该工艺的可靠性 此方案可解决阀门使用寿命短、密封不可靠容易引起安全事故的难题既节约了用户运行成本又提高了经济效益 阀门设计及工艺经过对带催化剂介质中阀门的长期跟踪观察发现失效后的阀门故障位置一般为通道、阀体底部和闸板 在对失效部位进行流体分析后得知含介质的流体在高压力作用下流速很快因此对通道金属和闸板的冲刷很严重 而闸板在开启的过程中相当于一个节流元件阀体中腔底部介质会产生涡流这些部位的高速流体相当于一个砂轮机对金属进行磨削所以
4、短时间阀门就会失效 针对阀门的失效位置采用增加耐磨衬里和喷涂合金粉末两种生产工艺方案解决无论是用耐磨衬里还是喷涂合金粉末的方法制造耐磨阀门一般都需对现有通用闸阀的模具进行设机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)设计与开发收稿日期:基金项目:兰州市科技计划项目:高温高压耐磨阀产业化(编号:)作者简介:王军刚()男甘肃兰州人工程师研究方向:阀门产品的设计与研发计和修改 原因是现有模具生产的阀门一般经过了工程的长期使用设计方案得到了验证结构可靠性很高 因此在现有模具上修改节约了设计时间和成本 增加耐磨衬里的阀门阀体通道需要缩孔闸板为刚性闸板生产成本相对较低喷涂合金粉末的阀门阀体通道为全通径设计闸
5、板为弹性闸板密封性能好生产成本相对较高高温耐磨闸阀设计制造主要按照 .、/、/的标准执行 主要结构如图 所示 技术参数如下:公称压力:或 公称通径:适用温度:适用介质:含催化剂等操作方式:手动、电动、气动图 高温耐磨闸阀主要结构示意图.阀体.闸板.阀杆.阀盖.填料.手轮.限位块.吹扫阀.衬里.喷涂层.耐磨衬里阀门的设计和工艺.阀体通道设计阀体通道是介质流通的主要场所往往最容易被磨损 阀体通道的设计需要依据龟甲网的规格进行一般龟甲网的厚度为 这样阀门的通道比正常阀门的通道小 对于严格要求阀门流量的场合要慎重选择 阀体通道由一个锥型面和一个截面为两边平行带直角的四边形组成前者可和管道衔接使介质可平
6、稳流入后者用来容纳耐磨衬里是通道耐磨的主要承受部分 通道结构如图 所示.阀体中腔中下部分的设计阀体中腔底部受结构的影响介质在这里容易形成涡流因此对阀门的磨损非常严重主要的设计方式是降低底部的深度以减小涡流的强度.闸板的设计闸板作为阀门的关闭件作用十分重要 介质在阀门中腔产生涡流时会使闸板底部磨损导致阀门密封失效 针对此问题在现有模具上对闸板进行深度改造使其下半弧减小并设计成阶梯状 此结构设计解决了因阀体中腔深度减小而带来的闸板安装空间变小的难题同时也便于喷涂硬质合金 闸板的设计结构如图 所示图 阀体通道设计结构 图 闸板设计结构示意图示意图.吹扫功能设计含有催化剂颗粒的介质会在阀腔及闸板上残留
7、影响阀门的密封性能 因此在阀门吹扫效率最优的位置上设置两个吹扫阀门一个在阀盖的上方 方向另一个在阀体底部 此阀还具有排污功能在吹扫的过程中能降低流体在底部形成的涡流强度有效减轻介质对阀门底部的磨损.闸板防卡死设计在高低温温度交变的过程中闸板很容易因关闭过紧而导致出现卡死现象所以对阀门的关闭过程需进行有效的限位控制 在阀杆顶部安装限位螺母通过调整限位螺母来控制阀门的关闭位置.耐磨衬里制造工艺()阀体耐磨衬里的制造工艺在阀门的阀体通道容易受介质磨损的部位焊接一层龟甲网在阀体中腔腔体内等异型位置处焊接一定数量的 型或 型锚固钉锚固钉的间距为 左右 在龟甲网和锚固钉形成的骨架网之间进行衬层衬层材料为耐
8、磨刚玉厚度为 阀座密封面的两边均堆焊 硬质合金且堆焊合金的密封面要尽量宽密封面堆焊硬质合金的厚度要不小于 阀体衬里和密封面堆焊示意图以及衬里施工后的阀体示意图如图、所示 图 阀体衬里和密封面 图 衬里施工后的阀体堆焊示意图 ()闸板耐磨衬里制造工艺高温耐磨衬里闸阀结构为楔式刚性闸板结构简单闸板是一整块楔形板 闸板中心部位设计有凹坑在闸板凹坑位置焊接一定数量的 型或 型锚设计与开发 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用固钉锚固钉的间距为 左右锚固钉形成的骨架网之间进行衬层衬层材料为耐磨刚玉 介质在阀门中腔产生涡流时会将闸板底部磨损因此需要在闸板下半部堆焊 硬质合金堆焊硬质合金的厚度要不小于
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