刘君瑞　梁涛
（神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司烯烃公司，宁夏银川　750411）

　　摘　要：随着国家经济的日益发展和工业生产的要求越来越高，油料能源的紧缺情况也在逐渐增加，所以煤制烯烃技术是维持我国能源消耗平衡的一项重大技术。在煤制烯烃的生产过程中，阀门是很重要的控制性设备，阀门的种类有很多。文章将通过硬密封球阀的特点与使用来结合煤制烯烃的工艺技术，探讨煤化工工艺技术中对于硬密封球阀的选型及应用。
　　关键词：煤化工产业；煤制烯烃；密封球阀；资源紧缺；设备选型

　　在我国，煤化工产业的发展Z为突出，因为在我国国内能源总消耗的比例中，煤炭占了67.8%，是名副其实的煤矿大国。煤矿资源的利用广泛主要是因为我国是一个富煤少油的国家，用煤炭制造能源能够弥补我国石油产量的不足。
　　1　煤化工业概况
　　煤化工就是以煤炭为主要原料进行化工产品的生产。在煤化工行业里包括煤电石、煤气化、煤液化、煤焦化等产业，它们形成了一个煤化工产业的产业链，其中煤焦化、煤气化等代表传统产业，煤化工、煤液化代表现代产业，它们共同支撑着煤化工产业的发展。目前，为了弥补国家资源分布的不平衡，保护本就稀缺的石油资源，煤化工产业就担负起了我国新能源发展的重担。
　　1.1　煤制烯烃
　　煤制烯烃技术是一种新工艺，与传统的石化制油根本上的不同就是原料。显而易见，其煤制烯烃技术的主要工艺关键是气化，而石化制油工艺的关键在于裂解。相比于液体石油的裂解，气化技术早早就被人类应用，从鲁奇炉到GSP气化，煤炭的气化工艺得到了人类的认可，并成功地实现了工业化。
　　1.2　煤制烯烃的发展方向
　　如上文所说，我国的能源消耗比例中煤炭占了67.8%，是各种资源消耗量之首。对于石化产业的调整是国家国策。总体来说，我国发展煤制烯烃具有支持原油、下游需求良好、技术工艺成熟、经济优势明显等条件，是我国一个重要的朝阳产业。
　　2　密封球阀
　　在煤制烯烃的生产中，阀门是煤制烯烃工艺过程中的重要部分，是煤制烯烃生产中重要的控制设备。阀门有很多种，一般在煤制烯烃过程中比较常见的是闸阀、截止阀、止回阀、球阀和蝶阀等。这些阀门都必须能够承受煤制烯烃工艺过程中的500℃左右的高温和30MPa的高压，而且阀门是抗磨损的，它们能够承受走样、燃烧、爆炸、腐蚀和机械磨损等工况条件，所以它们的核心装置都是耐高温高压的金属密闭球阀，目的就在于承受上述恶劣条件的发生，在整个煤制烯烃工艺过程中至关重要。
　　2.1　球阀的结构
　　煤制烯烃的生产中对于球阀的基本要求就是高性能、硬金属和密封。球阀的主要组成包括左阀体、右阀体、球体、右阀座、金属垫圈和阀杆等。由于球阀本身的硬直金属具有很好的机械性能和研磨性能。它的楔形垫材料又可以耐高温和防腐蚀，所以对于条件严苛的煤制油工艺过程就具备了很好的耐受性。
　　2.2　球阀的工作原理

　　图1和图2为金属密闭球阀的剖面结构图。金属密封球阀是由二片式金属密封球阀改造而成的。改造后左阀体与左阀座设计融为了一体，也改善了右阀座的密封结构，所以球阀在管道上的安装与运行时是没有方向性可言的。也就是说球阀中的球体当右端与煤油上游管连接时，左端与下游管连接，上游管道被施压后，球阀内的球体会因为介质压力被紧贴在左阀体中，达到球阀的密封效果，反之，通过此工作原理可以真正实现球阀的双向零泄漏。
　　2.3　球阀的加工工艺
　　高性能的金属密封球阀在加工工艺上注重阀座的一体化，也就是说球体、右阀座与左阀体的一体化。而且表面要进行强度很高的硬化处理，在处理后还要进行研磨使其达到光滑并形成不断的密封带，这样才能完美地实现球阀的零泄漏。
　　3　金属密封耐磨球阀特性试验
　　在对金属密封耐磨球阀特性的试验中，我们使用的温度Z高调整到550℃。将阀座密封等级达到ANSI/FCI70-2的ClassV级的气动装置中，动作5～10s。我们会发现在整个运行过程中，球阀阀门的动作频率频繁，并且温度进一步升高。由于介质是煤渣+N2，具有很强的腐蚀性，但是运行后阀门球体的球面依然光滑，这是因为硬体封的球体和阀座已经进行过表面硬化的处理，所以在煤转油工艺中用于渣水介质的阀门不但要耐磨还要做到耐受强腐蚀性介质的腐蚀。在此次试验中，现场仪表及附件防护等级达到了Z高IP68，防爆等级则达到了ExdIICT4。根据上述试验中的结果我们可以得到硬密封球阀应该具备的四个特点如下：
　　3.1　超高的耐磨性
　　球阀由于受到高温和不断运动摩擦的影响一定要耐磨，主要是球面和阀座应该喷涂碳化物，并且喷涂层厚度应该在0.2～0.4mm的范围内，硬度也要保持在Z低65HRC，这样能让密封球阀具有很高的耐磨能力，延长寿命。
　　3.2　超强的耐腐蚀性
　　在上述的渣水类工作中，对于阀体材料的介质要采用双相不锈钢或者合金，因为要抵抗极强的腐蚀。
　　3.3　密封设计
　　满足ANSI/FCI70-2的ClassV级密封试验标准，确保在煤制油过程中，球阀的双向零泄漏。
　　3.4　双密封阀座
　　用自动密封双活塞效应来切断介质，避免阀座浮动带来的泄漏，达成双向的密封性阀座。
　　4　煤化工业中对于硬密封球阀的选型运用
　　煤化工业虽然只围绕煤炭为主题生产，但是行业广泛。根据相应的煤化工行业的相应情况来对阀门进行要求很常见，阀门的工艺设计有很多，不同的阀门用于不同的化工应用中。
　　4.1　两片式球阀
　　两片式球阀的结构简单，采用浮动式。阀座的球阀具有中心性和弹性加载，这为整个阀门提高了平稳性，也提高了实际装配的效率并减少了加工工序。由于多用于中小口径或中级压力的一些介质的管道上，所以切断性作用明显。
　　4.2　三片式球阀结构
　　三片式阀门根据高压与高温工况而设计，在阀门的阀杆外有定位轴套，让轴套来承受介质带来的实际推力，从而减小阀门的扭矩。由于这种阀门还设置了防冲台，所以它能够防止介质的压力过大而导致的阀杆提高甚至冲出。它被常常采用于气体的传送与高压煤粉中的切断工作。
　　4.3　偏心球阀
　　偏心球阀中，利用偏心结构进行直接的铸造。在密封结构上是环形平台，它具有耐高温性的特点，通常在可以进行调节的管道上工作。
　　4.4　上装式球阀
　　上装式球阀的阀杆与球芯以及底轴都采用了顶部安装设计，可以保持在高压下不变形，永远保持在球体的中心性位置。具有很高的稳定性，为防止冲刷和磨损等现象。由于阀门对于特殊压力的适应，可以防止管道发生泄漏。
　　4.5　V型球阀
　　这种球阀的球体和阀座是由弹簧支撑的。在弹簧的形变中，阀座与球体会直接接触。球芯和阀杆采用了普通的连接方式，回应比较小，而且可靠性高。这种阀门多用于对液体介质的切断。
　　5　结语
　　因为要承担煤化工产业中较为严苛的工业条件，所以对于硬密封球阀的质量和制造工艺要求也比较高。硬密封球阀一般都要应用在高温、高压的固体性颗粒上。由于国外一些相关产品的维修时间非常之长，无法满足企业生产的需求，在阀门技术行业还不够成熟，这就给我国高端阀门国产化提供了条件。但是无论对于国外还是我国，都应该在未来的高端阀门方面进行更多的研究，为煤化工行业的未来发展提供无限的可能。
　　参考文献
　　[1]段大军.简述煤化工产业及其硬密封球阀的选型运用[A].中国石油和化工自动化第十一届年会论文集[C].2012.
　　[2]王树宏，杨效礼，乐精华，等.从煤制油工艺浅谈金属密封耐磨球阀的选型及应用[J].通用机械，2013，（2）.
　　[3]刘际.金属硬密封球阀的研制[D].哈尔滨工业大学，2009.

来源：《中国高新技术企业》2015年第4期