介紹了目前國內(nèi)飼料級(jí)蛋氨酸生產(chǎn)項(xiàng)目閃蒸工況使用的角閥的現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了研制過程中如何針對(duì)實(shí)際應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)，結(jié)合自身切實(shí)經(jīng)驗(yàn)，分別從閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)件材料選擇、密封件材質(zhì)選擇和角閥零件的機(jī)加工工藝等方面，論述了閃蒸工況下角型閥門的特點(diǎn)以及加工過程中能夠提高加工精度所需注意的問題，這些特點(diǎn)以及加工注意事項(xiàng)能夠較好的保證該類型角閥能夠適應(yīng)飼料級(jí)蛋氨酸生產(chǎn)中的閃蒸工況要求。

　　近年來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平逐步提高，對(duì)肉、蛋、奶、皮毛的需求量也快速增長。我國的家禽養(yǎng)殖業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好，作為與養(yǎng)殖業(yè)和畜牧業(yè)息息相關(guān)的飼料業(yè)呈高速發(fā)展勢(shì)頭，隨之帶動(dòng)飼料生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展。目前，作為家禽、牲畜重要營養(yǎng)補(bǔ)給的飼料級(jí)蛋氨酸的需求逐年增長，近幾年蛋氨酸市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)較大，但總體上仍呈漲勢(shì)。飼料工業(yè)所需飼料級(jí)蛋氨酸幾乎全部依靠進(jìn)口，因此國內(nèi)發(fā)展飼料級(jí)蛋氨酸工業(yè)化產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。

　　目前，我國飼料工業(yè)所需飼料級(jí)蛋氨酸的生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)飼料工業(yè)迅速發(fā)展的需求，每年都需大量進(jìn)口。飼料級(jí)蛋氨酸工業(yè)化過程中，關(guān)鍵流程工藝也逐步被國內(nèi)企業(yè)所吸收消化，工業(yè)化生產(chǎn)飼料級(jí)蛋氨酸的“軟件”(生產(chǎn)工藝)條件達(dá)到要求后，滿足軟件正常運(yùn)行的“硬件”(工業(yè)裝備)也要達(dá)到要求。“硬件”中主要涉及到自動(dòng)化儀表，閥門設(shè)備等，這些設(shè)備國產(chǎn)化的發(fā)展?fàn)顩r很大程度決定了該項(xiàng)目的投入成本。與購買國外設(shè)備相比，更符合我國實(shí)際情況，投資大幅降低，經(jīng)濟(jì)效益也將大幅提高。

1、工況介紹

　　國內(nèi)某化工廠蛋氨酸生產(chǎn)項(xiàng)目中有兩處工藝管道需使用能夠耐大壓差、耐沖刷、抗閃蒸的閥門，具體使用工況參數(shù)：使用溫度：100℃;介質(zhì)：海因液體;閥前壓力P1：1.5MPa;閥后壓力P2：0.12MPa;壓差ΔP：1.38MPa;流量Q：9.57m³/h;密度

　　ρ1：1050Kg/m³;液體壓力恢復(fù)系數(shù)：FL=0.85。

　　2 閥門口徑確定

　　式中：

　　pv=1000kPa;

　　pc=22120kPa。

　　下一步，確定流態(tài)：

　　它小于壓差(△p'=1380kPa)，因此，流態(tài)是阻塞流，流量系數(shù)C用式(3)計(jì)算：

Q=9.57m³/h

N1=1×10-1

ρ1/ρ0=1.05

　　流量系數(shù)C乘以修正系數(shù)得出計(jì)算Cv=3.89，確定的選型口徑為DN40，由于介質(zhì)中存在顆粒，并存在閃蒸現(xiàn)象，因此選用擴(kuò)大出口管道的方式，經(jīng)計(jì)算DN80出口尺寸時(shí)可以使閃蒸對(duì)閥門損傷效果減小且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

3、降壓級(jí)次確定

　　對(duì)于液體工況，當(dāng)液體物流被混有汽泡或氣穴的流體本身所飽和時(shí)，就發(fā)生物流堵塞，即產(chǎn)生阻塞流。當(dāng)阻塞流產(chǎn)生時(shí)，必然是有閃蒸、空化的發(fā)生，閃蒸和空化會(huì)對(duì)閥門造成一定程度的損壞，降低使用壽命。現(xiàn)在較為廣泛的避免產(chǎn)生汽蝕的方法為：控制縮流面處的壓力Pvc，使其保持不低于液體的飽和蒸氣壓Pv，對(duì)于壓差較大的場(chǎng)合，可通過多級(jí)降壓，確保介質(zhì)通過每一降壓段時(shí)的壓力不小于液體的飽和蒸氣壓。調(diào)節(jié)閥兩端壓差即為阻塞流壓差(ΔP/)，當(dāng)ΔP<ΔP/時(shí)，即可避免閃蒸和汽蝕的發(fā)生。采用多級(jí)降壓時(shí)每一級(jí)降壓的實(shí)際壓羞△P均應(yīng)小于阻塞流壓差ΔP/。由于ΔP>ΔP/，且P>Pv。所以不采用降壓措施將產(chǎn)生嚴(yán)重汽蝕現(xiàn)象。但是該工況又必須在閃蒸狀態(tài)下才能生成產(chǎn)品，所以要求該工況閥門具備一定抗閃蒸破壞能力又不能完全避免閃蒸，經(jīng)計(jì)算采用一定程度的降壓措施，即圖1降壓套筒降壓。

圖1 內(nèi)件降壓結(jié)構(gòu)示意

4、所供閥門特點(diǎn)介紹

　　經(jīng)多次與現(xiàn)場(chǎng)工藝人員交流，基于閃蒸產(chǎn)生的機(jī)理和閃蒸工況零件損傷程度，決定在普通角閥基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 角閥結(jié)構(gòu)圖

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

　　(1)閥座結(jié)構(gòu)采用文丘里角閥通用的設(shè)計(jì)方式，逐漸擴(kuò)大的閥座孔，另外還采用銳邊設(shè)計(jì)的閥座孔，使之排出介質(zhì)遠(yuǎn)離閥體內(nèi)壁，在流體的流束中壓碎氣泡，減小對(duì)閥體內(nèi)壁損傷。采用7°角延長閥座。

　　(2)上閥蓋和閥體間端面密封采用徑向密封圈，利用介質(zhì)壓力作用于彈簧上，使得密封材質(zhì)擴(kuò)張，起到端面密封效果。

　　(3)閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)改為帶分流孔的多層套筒結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)可大大地降低閃蒸對(duì)于閥內(nèi)件的損傷，可用于極高能耗的場(chǎng)合中。這種結(jié)構(gòu)可以引起流體在小孔中的擾動(dòng)，造成流體本身內(nèi)部的互相碰撞，閥芯和閥座的通道內(nèi)會(huì)有比較大的擾動(dòng)。閥門上游的能量被流體互相碰撞產(chǎn)生的摩擦力轉(zhuǎn)換成熱能，基本上可以做到閥內(nèi)壓力降低而且基本沒有壓力恢復(fù)，可以極大程度減小氣泡形成區(qū)域的面積，使得下游增壓造成的氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊不出現(xiàn)在閥體內(nèi)壁，從而進(jìn)一步減弱對(duì)閥體造成的損傷。

　　(4)閥內(nèi)件材質(zhì)及工藝改進(jìn)：將閥內(nèi)件材質(zhì)在哈氏C-276基體上噴焊一層合金(見圖3、4)，該合金具有較高的硬度，其硬度可達(dá)HRC52～58，較好的耐弱酸腐蝕性(工況介質(zhì)呈弱酸性，PH值為5.6～6.1)。合金噴焊時(shí)需保溫噴焊，噴焊時(shí)要求速度均勻，力求與哈氏C-276基體融合程度達(dá)到最高。噴焊后精車閥芯部件和閥座時(shí)，需注意設(shè)備選用以及切削參數(shù)和刀具的選擇，應(yīng)在加工精度較高的數(shù)控車床上進(jìn)行車削加工，轉(zhuǎn)速控制在較低轉(zhuǎn)速100r/min，吃刀量選擇0.5～0.7mm，刀具選擇數(shù)控成型刀片YG類。在選用此類刀片和切削參數(shù)時(shí)，對(duì)于加工噴焊此類合金的零件來說是較好的選擇。

圖3 閥芯噴焊合金圖

圖4 閥座噴焊合金圖

　　(5)閥座密封圈結(jié)構(gòu)改進(jìn)：將閥座密封圈結(jié)構(gòu)由進(jìn)口徑向密封圈改為金屬纏繞墊圈，采用哈氏C-276和石墨纏繞形成的墊圈密封，該密封圈所處位置位于內(nèi)件節(jié)流位置，易損耗，需常備備件。長期更換難免對(duì)用戶維修費(fèi)用造成壓力，將密封圈結(jié)構(gòu)更改后能夠獲得相同效果的密封性能，降低了使用成本，減小了用戶經(jīng)濟(jì)壓力。

　　(6)供貨閥門現(xiàn)場(chǎng)使用效果概述：該結(jié)構(gòu)閥門供貨以后，安裝至現(xiàn)場(chǎng)管道上使用情況可總結(jié)為：使用時(shí)間較長，可達(dá)3個(gè)月以上。能夠較好滿足用戶開車日常生產(chǎn)。對(duì)用戶現(xiàn)場(chǎng)閥門維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，較好掌握配件更換操作，得到了用戶的好評(píng)。

5、國外該工況閥門情況介紹

　　5.1、國外用于蛋氨酸生產(chǎn)項(xiàng)目該閃蒸工況位置的閥門選型基本如下：

　　根據(jù)設(shè)計(jì)院管道設(shè)計(jì)情況，確定選擇適用于具有大壓差、大流量沖刷閃蒸工況的角型閥門。

　　①閥體材質(zhì)：為保證閥體的壽命和使用效果，采用耐腐蝕性極好的鋯金屬Zr705，該材質(zhì)具有成功率相對(duì)較高的鑄造成型性，而且不易產(chǎn)生常見的氣孔、沙眼等鑄造缺陷。該材質(zhì)在使用介質(zhì)中存在極少量的水的情況時(shí)，即足以具備在表面形成一層耐腐蝕性極強(qiáng)的耐氧化保護(hù)膜。強(qiáng)度和耐蝕性優(yōu)越。另外這種材料的可允許常態(tài)下補(bǔ)焊，而且焊后不需要再進(jìn)行熱處理就能保證良好的耐腐蝕性。

　�、陂y內(nèi)件材質(zhì)：具有陶瓷物理性能的硬化處理后的材質(zhì)，具有硬度高、耐腐蝕、耐高溫特性。

　�、坶y門口徑：選型為DN40。(設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)計(jì)算書要求IN40/OUT80)，閥門出口接入閃蒸罐。

　　5.2、選擇該閥門用于上述閃蒸工況，具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

　　優(yōu)點(diǎn)：閥體耐腐蝕，內(nèi)件硬度高、耐沖刷，使用壽命長可達(dá)6個(gè)月。

　　缺點(diǎn)：成本高，國外壟斷，交貨期長。

6、總結(jié)

　　當(dāng)前隨著國內(nèi)蛋氨酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，耐閃蒸角型閥作為蛋氨酸生產(chǎn)的關(guān)鍵控制裝置，要求具有優(yōu)良的密封性能和抗閃蒸損壞能力。開發(fā)設(shè)計(jì)和制造過程中，應(yīng)該從閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇、密封件材質(zhì)選擇方面進(jìn)行考慮，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用工況，努力達(dá)到設(shè)計(jì)工況使用要求。國內(nèi)閥門生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)立志于拓展國產(chǎn)閥門使用領(lǐng)域，早日打破國外閥門在該產(chǎn)業(yè)壟斷局面。