1、概述

　　有機硅單體合成硅粉用閥的磨損是有機硅生產(chǎn)企業(yè)的一大難題，尤其是在旋風(fēng)下料、回料及放空位置，進口耐磨球閥壽命一般少于6個月，國產(chǎn)耐磨球閥壽命少于1個半月，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和企業(yè)的經(jīng)濟效益。本文介紹一種新型特殊耐磨閥——盤閥。盤閥在同樣工況的使用壽命可以達到2~3a，是有機硅單體合成和硅化工耐磨閥的首選。

2、分析

2.1、工況條件

　　應(yīng)用于旋風(fēng)下料和回料工況的球閥(圖1)，壓力0.7MPa，溫度280°C，輸送介質(zhì)硅粉、甲基氯硅烷和其他高沸物，開關(guān)頻率4次/h，顆粒尺寸200目，介質(zhì)硬度62HRC。此工況存在交變壓差，要求閥門雙向密封，一般采用硬密封球閥實現(xiàn)快速開關(guān)。為了抵抗硅粉的磨損，球體和閥座選擇WC或Cr3C2進行表面處理，處理后的表面硬度一般≥67HRC。

圖1 球閥

　　2.2、損傷

　　一臺應(yīng)用于合成硅粉旋風(fēng)下料位置5個月的球閥拆卸后檢查，其球體(球體材料為410SS，硬質(zhì)合金為WC)的硬質(zhì)合金層受到腐蝕并剝落(圖2)。分析其原因，硅粉和甲基氯硅烷不具有對硬質(zhì)合金的腐蝕性，但是甲基氯硅烷遇到水，會分解出氯化氫，產(chǎn)生氯離子，對球體和閥座的基體產(chǎn)生腐蝕。有機硅單體合成是間歇性生產(chǎn)，為了保證生產(chǎn)的長周期和高效性，每次停車對系統(tǒng)和管道進行吹掃和清洗。另外，停車期間，空氣中的水會進入系統(tǒng)，系統(tǒng)中殘留的氯硅烷與水接觸產(chǎn)生氯離子。由于氯離子對WC合金和410SS及奧氏體不銹鋼304和316等具有很強的腐蝕性，所以很難有高性能和價格適中的材料可以選擇。

圖2 球體的硬質(zhì)合金層剝落

　　Cr3C2可以抵抗氯離子的腐蝕，所以有的進口球閥選用Cr3C2處理球體和閥座。但是，Cr3C2在干燥系統(tǒng)的抗粘結(jié)能力很弱。對于有機硅單體合成工況，閥門要求頻繁開關(guān)，球體和閥座無法承受頻繁開關(guān)導(dǎo)致硬質(zhì)合金之間的微焊接現(xiàn)象，造成閥門開關(guān)卡塞，并拉傷硬質(zhì)合金層(圖3)。

圖3 球體和閥座拉傷

　　球體和閥座表面的WC和Cr3C2硬質(zhì)合金層均采用超音速噴涂技術(shù)處理。由于硬質(zhì)合金與球體和閥座基體材料之間的粘結(jié)力較低及腐蝕和頻繁開關(guān)導(dǎo)致的交變應(yīng)力等原因，造成了硬質(zhì)合金層的剝落。

　　合成硅粉旋風(fēng)下料和回料時，閥門開啟壓差0.3~0.4MPa。合成硅粉放空時，閥門開啟壓差為0.6~0.7MPa。硅粉在高速氣流的帶動下，迅速釋放，并沖刷球體和閥體，由于球體的硬質(zhì)合金層已經(jīng)剝落，其基體硬度只有21HRC，從發(fā)現(xiàn)泄漏到出現(xiàn)大的缺陷往往只需1~2d時間。

　　2.3、其他原因

　　引起球閥損壞的其他原因還存在高溫、閥體腐蝕及流通通道穿孔等。另外閥門在開關(guān)的過程中，介質(zhì)必然會進入閥的中腔，隨著中腔物料的積累，閥門的開關(guān)扭矩變大，尤其是超細硅粉的堆積，最終導(dǎo)致閥門的損壞。

3、盤閥

　　經(jīng)過分析，對于有機硅單體合成的旋風(fēng)下料、回料及放空的切斷閥選擇球閥是很難解決其壽命的問題。盤閥(圖4)在硅粉輸送管線的使用上具有明顯的特性。

圖4 盤閥

　　(1)驅(qū)動裝置通過閥桿與搖臂使閥盤(閥瓣)轉(zhuǎn)動一定的角度實現(xiàn)閥門的開關(guān)。閥盤密封面借助彈簧與閥座緊密貼合，彈簧壓力始終使閥盤緊密貼合在閥座上，又允許閥盤在密封面的垂直方向上有位移。這有助于補償閥門零件由熱脹冷縮而引起的變形和多次開關(guān)后產(chǎn)生的微量磨損，克服任何背壓變化對密封的影響并能防止顆粒介質(zhì)進入密封面之間。在盤閥啟閉過程中，閥座密封面對閥盤在切線方向上的摩擦力之差，使閥盤在一個啟閉循環(huán)過程中產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并可以不斷剪切與清掃在工藝過程中有可能堆積在閥腔內(nèi)的介質(zhì)。

　　(2)整體燒結(jié)式閥盤、閥座硬度高，有良好的耐沖刷性和耐腐蝕性。具有自旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的閥盤不但可達到與閥座的自研磨作用，增強密封面的自清潔性能，并且在開關(guān)過程中可剪切物料，保留了較為可靠的刮削設(shè)計。可在使用中持續(xù)達到ANSIB16.104Ⅵ級密封要求。

　　(3)閥盤密封面為碟簧正壓力補充，保證閥門在設(shè)計允許的壓力內(nèi)提供足夠的密封預(yù)緊力，防止物料進入密封面造成表面損傷，影響密封性能。

　　(4)閥桿采用防噴設(shè)計，保證了閥門在高壓場合使用的可靠性。閥桿與軸套用柔性石墨潤滑，解決了高壓閥門開關(guān)時存在的啟閉扭矩過大的問題，閥門在操作使用過程中的安全性也得到了保障。

　　(5)填料處的彈簧補償設(shè)計能保證在溫度及壓力波動的情況下，給予填料必須的補償力保證密封。其次，也能滿足長期對外漏的密封性能要求。

　　(6)閥門內(nèi)件根據(jù)工藝要求的不同，可設(shè)計為表面特殊處理。例如選用硬度高，耐沖刷性能好的材料或采用內(nèi)件表面硬化處理的方式提高耐磨性。

　　(7)閥門選擇較大輸出力的執(zhí)行機構(gòu)，保證在閥門內(nèi)部出現(xiàn)少量堆積時不影響閥門正常動作到位。

　　經(jīng)多個工位及項目使用證明，國產(chǎn)盤閥可達到現(xiàn)階段硅粉下料裝置的工藝要求，滿足使用工況。但國產(chǎn)盤閥也存在一定的缺點。①由于執(zhí)行機構(gòu)較大，閥門的操作元件及相應(yīng)的傳動部件尺寸增加。因此，整機的自重和外型尺寸略大于同工位使用的進口閥門。②為保證閥門在使用過程中能夠達到密封面刮削和剪切物料的作用，閥盤采用回復(fù)力較大的碟簧。因此，開關(guān)時所需力矩大于進口閥門。

4、結(jié)語

　　進口球閥與盤閥價格貴，制造周期長，零配件供應(yīng)與售后服務(wù)不及時，維修不方便，發(fā)生任何微小故障都會造成設(shè)備停車，給生產(chǎn)單位造成巨大浪費。國產(chǎn)盤閥是針對硅粉下料工位特殊設(shè)計，尤其針對使用中出現(xiàn)的問題選用了新的結(jié)構(gòu)和材料，因此在使用周期上也優(yōu)于進口閥門。隨著硅化工工業(yè)的發(fā)展，盤閥將被越來越多的用戶使用。

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