耐磨阀门在煤气干法除尘卸灰阀上的应用

桑德

    大型高炉煤气干法除尘系统，具有节水、环保和节能等突出优势，已经在越来越多的高炉上应用。煤气干法除尘系统主要包括过滤系统、反吹系统、温度控制系统、排灰和粉尘输送系统以及煤气压力控制系统。一般来说，各家钢铁企业的具体系统流程与上述流程有些差异。比如，某家钢铁企业的干法除尘系统，取消了中间灰仓，布袋除尘器灰仓与输灰管道，中间的连接管道安装一台手动球阀、卸灰阀（气动球阀）和一台手动球阀。

    在这个系统中，企业内部一般把卸灰操作过程中，需要打开的阀门称为卸灰阀。这些阀门开启频繁，介质为磨损性强的压缩气体和除尘灰，因而使用寿命短，故障率高。某企业的卸灰阀寿命仅为三个月左右，主要故障就是阀体穿孔、密封副和球体损坏。由于卸灰阀的高故障率，许多企业都在不断尝试选用各种耐磨阀门，以期延长使用寿命。

    本文就现在这个位置上使用的阀门进行一一介绍，分析它们的优缺点，以期为提高卸灰阀门的使用寿命做出贡献。

   一、圆顶阀
    圆顶阀是克莱德气力输送公司的专利产品。它的最大特点在于拥有一个中空的可以充气的密封圈。在阀门开启时，密封圈泄气，与阀门球体脱离接触，紧接着球体转动，阀门实现开启；在此过程中，密封圈与球体无接触无磨损。在阀门关闭时，密封圈充气，与球体紧密接触，实现密封。

    圆顶阀的优点主要有三点。一是充气的密封圈可对球体的部分磨损实现补偿，实现长寿命。二是由于密封圈在磨损泄漏后会无法保持密封圈腔体的压力，从而可以通过检测密封圈腔体压力的变化获得密封圈磨损的状况。三是弹性的可膨胀密封圈可以内陷物料颗粒，避免了由于压差作用物料颗粒发生滑动，对阀座和密封圈的磨损。

    圆顶阀的主要缺点有二点。一是不耐磨损。在密封圈泄气的瞬间，阀门两端的压力差使得含尘气体迅速通过密封圈与球体的狭窄空间，含尘气体磨损球体和密封圈。密封圈虽都是由耐磨橡胶制成，但是耐磨橡胶硬度低，不耐灰尘的磨损，从而容易被磨出微孔造成漏气而导致密封失效。二是不能应用于高温工况。中空橡胶圈耐高温性能差，对于介质温度大于一百摄氏度的工况，如发电厂省煤器出来的煤灰，圆顶阀不能使用。

    二、耐磨球阀
    耐磨球阀是在煤气干法除尘卸灰工位上常见的一种阀门。它的结构与一般的球阀差异不大，也有固定式和浮动式的两种。它与普通球阀的主要区别在于材质。耐磨球阀的球体和阀座的主体材质是耐磨金属，或者表面采用耐磨处理，镀铬或超音速火焰喷涂碳化钨等。

    耐磨球阀结构简单，制造容易，技术成熟，价格较低。能够生产的生产厂家很多，对于采购商来说选择余地大。

    耐磨球阀的缺点主要有三点。一是由于耐磨金属或者耐磨涂层的硬度与灰尘硬度比，还是较差，同时限于表面处理工艺技术的能力表面硬化层较薄，从而导致耐磨球阀耐磨性能较差；在频繁开启的卸灰工位，使用寿命短。煤气干法除尘系统卸灰工位，一般普通耐磨球阀的寿命仅三个月，长的半年左右。二是球阀在启闭过程中，球体与密封副接触时间较长，使得球体与密封副产生一定的摩擦，从而加速了球体和密封副的磨损失效。三是球体与阀体之间存在空隙。不少厂家生产的耐磨球阀由于加工技术和工艺设计的不足，经常导致这些空隙里进入微细的颗粒，导致球体转动卡滞，甚至不能关闭到位。

    三、耐磨半球阀
    耐磨半球阀是在耐磨球阀基础上发展而来的。它的主要结构特点是球体的轴线与密封副的轴线存在一定的偏离，从而使得阀门在启闭过程中可以缩短球体与密封副接触的时间，减少两者的磨损。

    耐磨半球阀选用的材质与耐磨球阀的基本一致。与耐磨球阀相比，耐磨半球阀开关动作迅速，耐磨性能进一步增强。球体与阀座之间存在的偏心结构，使得球体能够自动补偿磨损，同时阀门在启闭时球体可以更加迅速地接近或脱离，减少了球体和阀座之间的接触时间降低了磨损。但是对于开关频繁的卸灰工位，使用寿命仍旧不理想。最关键的原因是材质性能，不能长期承受飞灰的摩擦冲击。另外一点，与耐磨球阀一样，球体与阀体之间存在空隙，虽然半球阀的空隙空间小了一半。阀门在关闭过程中，空隙可能进入灰尘，使得球体不能旋转到位。事实上，在卸灰系统中发生故障的半球阀，故障原因大都与这个空隙有关。空隙进入灰尘后，球体转动不到位，密封副之间存在细微的空间，在阀门两端存在压力差的情况下，这个细微的空间有含尘气体快速通过。通过的含尘气体迅速磨损球体和阀座，有的甚至造成球体出现凹槽，阀体出现穿孔。

    四、陶瓷球阀
    陶瓷球阀的结构与耐磨球阀的基本一致。两者的关键不同在于材质。陶瓷球阀的球体和密封副采用结构陶瓷，由主要成分为氧化铝和氧化锆的原料经注浆或等静压成型后经高温烧结而成。结构陶瓷硬度高，达到HRC88，且克服了一般陶瓷脆性大的缺点，综合机械性能好，耐磨性能远超过耐磨金属。但是陶瓷球阀在卸灰工位上使用的效果比较差，主要故障就是球体碎裂。经解体分析，球体碎裂的原因就是球体与阀体之间的空隙进入了灰尘，进入的灰尘在空隙中集聚到一定程度，就会对球体的转动产生阻碍，形成反向扭矩。空心的陶瓷球体抗剪切性能较差，容易碎裂。

    五、陶瓷半球阀
    陶瓷半球阀的基本结构与耐磨半球阀相似。主要的不同是陶瓷半球阀的半球体的球冠是结构陶瓷，阀座是结构陶瓷。陶瓷半球阀既继承了耐磨半球阀结构上的优点，又具有了陶瓷材料耐磨的特点，同时避免了陶瓷全球体不耐剪切力的缺陷。在实际应用过程中，陶瓷半球阀表现出了较好的无故障寿命时间。然而，它本身仍然具有球阀固有的缺陷，球体与阀体之间的空隙容易被进入微细的颗粒，阻碍球体的转动，甚至使得球体关闭不到位。

    六、陶瓷双闸板闸阀
    陶瓷双闸板闸阀是一种平行式双闸板阀门。两块阀板之间有弹簧，可以自动补偿阀板和阀座之间的磨损，又可以使得阀板和阀座始终保持紧密接触防止灰尘进入。阀板和阀杆支撑特殊设计，可以使得阀板在上下运动时有自旋转，从而使得阀板和阀座可以磨损均匀。阀板和阀座密封副采用结构陶瓷。陶瓷双闸板闸阀在火力发电厂气力输灰系统中应用广泛，技术成熟，寿命长。然而在高炉煤气干法除尘卸灰输送系统中，在卸灰阀这个工位上，陶瓷双闸板闸阀的使用效果很差。主要故障表现在阀门开关不到位，一般的两到三天就会出现这个问题。经解体后发现，阀体腔体积聚了较多的灰尘，灰尘阻碍了阀板的滑动。之所以在煤气干法除尘卸灰输送系统中出现这种故障而在火力发电厂气力输灰系统中不出现，根本的原因在与在火力发电厂的系统中陶瓷双闸板闸阀是在水平管道垂直安装的，而在高炉煤气系统中它是在垂直管道水平安装的。闸阀在启闭过程中，含尘流体的流线紊乱，会有一部分灰尘绕过阀板进入到体腔。在水平管道垂直安装时，灰尘由于重力的作用会落下来，不至于积存在体腔；而在垂直管道水平安装时，灰尘无法落下来只会不断在体腔集聚。

    在高炉煤气干法除尘卸灰输送系统中，卸灰阀这个工位工况恶劣，启闭频繁，含尘气体对阀门磨损性强，对阀门的耐磨性能要求很高。现在可供各个企业使用的耐磨阀门种类多样，每种都有自己的优缺点，从实际使用效果来看，还没有一种阀门完全较好地满足这个工位的要求。