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粉料氣力輸送設(shè)備中閥門的選擇與應(yīng)用

氣力輸送是以壓縮氣源為輸送動(dòng)力，將粉狀物料在密閉容器中從一端輸送到另外一端。氣力輸送所應(yīng)用的行業(yè)非常廣泛，如電廠的煤粉、粉煤灰和爐底渣、化工行業(yè)的化工原料、建筑行業(yè)的水泥和石灰、食品醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)的各種粉料或顆粒物料等。而各種閥門的合理選用，在氣力輸送中是至關(guān)重要的。閥門要滿足各行業(yè)氣力輸送的需求,應(yīng)具有耐溫、耐腐蝕和耐磨損等各方面的優(yōu)良性能。

一、閥門分類
?典型的正壓氣力輸送系統(tǒng)如圖1所示。根據(jù)閥門在系統(tǒng)中的位置及作用,分為進(jìn)料用閥、排氣用閥、進(jìn)氣用閥、出料用閥和切換用閥等。

1.1、排氣用閥

? ? ?排氣用閥是當(dāng)氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)料時(shí),將輸送系統(tǒng)內(nèi)的空氣排到進(jìn)料倉(cāng)或者煙道中的閥門,以便于順暢下料,縮短進(jìn)料時(shí)間。其主要輸送介質(zhì)是帶有少量粉狀物料的空氣。常用的排氣閥有閘閥、蝶閥、夾管閥、球閥以及圓頂閥等。

1.2、進(jìn)料用閥

? ? ?進(jìn)料用閥在氣力輸送中是用來切斷和接通物料從輸送點(diǎn)至輸送容器的閥門。合理選擇進(jìn)料閥的口徑?jīng)Q定了物料的流量以及整個(gè)系統(tǒng)的輸送能力。根據(jù)輸送介質(zhì)的不同,對(duì)其耐溫、耐腐蝕和耐磨性能也有不同程度的要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在不同的系統(tǒng)中通常選擇閘閥、球閥、圓頂閥等作為進(jìn)料用閥。

1.3、進(jìn)氣用閥

? ?常作進(jìn)氣用閥有蝶閥、球閥、角座閥等。進(jìn)氣用閥的輸送介質(zhì)為壓縮空氣,所以對(duì)耐磨蝕性要求不高。

1.4、出料用閥

? ? ?當(dāng)輸送設(shè)備充滿物料后,開啟進(jìn)氣閥和出料閥,讓物料在壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)下在輸送管道系統(tǒng)內(nèi)輸送。所以出料閥的介質(zhì)為混有壓縮空氣的粉狀物料。作為出料閥的閥門一般有閘閥、球閥、圓頂閥等。

1.5、分路用閥

? ? ?分路閥可以起到分流和匯流的作用,將物料從多點(diǎn)匯集到一點(diǎn)或者將物料從一點(diǎn)分散到多點(diǎn)。作為分路閥的有球閥、蝶閥或組合閥等,也有各廠家自制的分路閥。分路閥既可用于管路安裝,也可用于庫(kù)頂安裝。一般用于庫(kù)頂安裝時(shí),閥門入口需要連接彎頭,庫(kù)頂需裝個(gè)小型的卸灰倉(cāng),以適當(dāng)擴(kuò)大物料通道,減少灰?guī)鞊P(yáng)塵。

二、閥門性能

2.1、閘閥

? ? ?閘閥(圖2)有兩個(gè)閘板來切斷物料,閘板的材料可選用不銹鋼或合金鋼等,以適用于耐腐蝕和耐磨損等工況。閘閥有手動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)3種操作方式。通常選用氣動(dòng)或者電動(dòng)兩種自動(dòng)控制方式。但是由于其結(jié)構(gòu)的原因,閘板的行程較長(zhǎng),對(duì)氣動(dòng)或者電動(dòng)裝置的扭矩要求大,動(dòng)作周期較長(zhǎng),使用不夠靈活。
氣動(dòng)閘閥是在氣缸的帶動(dòng)下閘板開啟或關(guān)閉閥門，丁字形閘板座采用特殊結(jié)構(gòu)，在帶動(dòng)閘板直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿中心作圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)閥座密封面起到了一定的自研磨以及拋光清潔作用，從而使密封閘板圓周均勻承受物料的沖擊和磨損，避免了閘板在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中局部損壞或磨穿，使其壽命大大延長(zhǎng)。同時(shí)，雙閘板在彈簧靜壓下能保證兩面密封不滲漏，當(dāng)閘板的一面有壓力時(shí)，另一面通過彈簧的作用能和密封座更緊密的接觸，以達(dá)到密封的效果。
該閥在使用中的主要問題是密封及閘板的沖刷損壞。該閥適合于在全開或全關(guān)的狀態(tài)下工作,如果閘板長(zhǎng)期處于半開關(guān)的狀態(tài)下工作,閘板的密封面會(huì)因受介質(zhì)沖刷而變得不嚴(yán)密。因此該閥門在耐沖刷以及耐磨損方面還應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。

2.2、球閥

? ? ?球閥(圖3)通常是選用自動(dòng)(氣動(dòng)或電動(dòng))控制球閥。球閥有軟密封和硬密封2種。軟密封球閥的閥座密封圈材料是聚四氟乙烯,其具有摩擦系數(shù)小,性能穩(wěn)定,不易老化和密封性能優(yōu)良的特點(diǎn)。因?yàn)榫鬯姆蚁┚哂休^高的膨脹系數(shù)、對(duì)冷流的敏感性和不良的熱傳導(dǎo)性,當(dāng)密封材料變硬時(shí),密封的可靠性就受到影響。而且,聚四氟乙烯的耐溫等級(jí)較低,只能在小于180℃情況下使用。超過此溫度,密封材料就會(huì)軟化。當(dāng)長(zhǎng)期使用時(shí),溫度一般應(yīng)控制在120℃以下。

? ? 硬密封球閥作為進(jìn)料閥一般用于介質(zhì)溫度較高的電廠除灰系統(tǒng),由于氣力輸送系統(tǒng)通常24h連續(xù)工作,閥門動(dòng)作頻率比較高,一般幾分鐘,短的甚至幾十秒鐘就會(huì)動(dòng)作一次。如果硬密封球閥的使用壽命為2～3萬次,假設(shè)在氣力輸送系統(tǒng)中,閥門5min動(dòng)作一次,那么球閥的使用壽命為70～104天,閥門的使用壽命較短。因此,在電廠除灰系統(tǒng)中,需要使用壽命更長(zhǎng)的硬密封球閥。

2.3、圓頂閥

? ? ? 圓頂閥(圖4)由于其結(jié)構(gòu)的特殊性,通常是氣力輸送中的首選閥門。圓頂閥的殼體與穹形閥瓣材料常選用球墨鑄鐵、不銹鋼、特種耐磨材料和鋼襯氟塑料。密封圈材料常選用氯丁橡膠、硅酮橡膠、氟橡膠和三元乙丙橡膠等。圓頂閥是依靠壓縮空氣實(shí)現(xiàn)緊密密封效果的特殊閥門,適用于處理含塵氣體、沖蝕性散裝物料,如用于庫(kù)/倉(cāng)的放料閥、工藝流程閥門、換向閥門、反應(yīng)堆閥門、流化床燃燒室閥門、高壓氣體反應(yīng)器和降壓裝置等。

? ? ?圓頂閥關(guān)閉時(shí)(圖5)，密封圈處于完全松弛(不充氣)狀態(tài)，閥瓣與閥座之間存在一定的間隙。閥瓣旋轉(zhuǎn),物料隨著閥瓣的轉(zhuǎn)動(dòng),有的穿過該間隙進(jìn)入容器,有的停留在間隙處。當(dāng)閥瓣旋轉(zhuǎn)至關(guān)閉位置,密封圈開始充氣膨脹,并緊緊裹住間隙里各種形狀的顆粒附著在閥瓣的邊緣,圓頂閥完全關(guān)閉。圓頂閥開啟之前,密封圈先排氣至完全松弛。閥瓣與閥座間恢復(fù)到原來的間隙,閥瓣開始轉(zhuǎn)動(dòng)至開位。

? ? ? 根據(jù)適用物料情況，可選用帶刮圈(清潔粘附在穹體表面的殘余物料,用于粘性物料)、或不帶刮圈(適用于流動(dòng)性好的物料)的圓頂閥。圓頂閥使用時(shí)必須檢查所有緊固件,尤其確保閥內(nèi)固定穹形體和軸的螺栓已緊固。圓頂閥開啟或關(guān)閉時(shí),兩側(cè)應(yīng)無壓差,否則壓力高側(cè)的氣體和物料將高速穿過閥瓣和密封圈的間隙,造成閥瓣和密封圈磨損。
可膨脹密封圈在閥門開啟或關(guān)閉之前應(yīng)該完全收縮,否則將造成閥瓣切割損壞密封圈?？膳蛎浢芊馊Φ呐蛎泬毫Ρ仨毟哂陂y門的介質(zhì)壓力,否則密封圈將不完全膨脹,會(huì)導(dǎo)致密封圈和閥瓣之間產(chǎn)生空氣及物料泄漏,會(huì)沖刷密封圈、閥瓣及其他部件。

? ? ?圓頂閥由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和加工工藝，使其可在磨損、高溫、腐蝕或粘性等特殊工況下，連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行,性能可靠。在正常使用工況下,每運(yùn)轉(zhuǎn)100萬次才需要檢修一次。密封圈是唯一的磨損件。由于密封圈是一種柔性部件,位于托圈和頂盤之間,由緊固件固定,便于拆卸和檢修。

?圓頂閥由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和加工工藝,使其可在磨損、高溫、腐蝕或粘性等特殊工況下連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行,性能可靠,在正常使用工況下,每運(yùn)轉(zhuǎn)100萬次才需要檢修一次。密封圈是唯一的磨損件。由于密封圈是一種柔性部件,位于托圈和頂盤之間,由緊固件固定,便于拆卸和檢修。

2.4、蝶閥

蝶閥(圖6)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,質(zhì)量輕,材料耗用省,安裝尺寸小,開關(guān)迅速, 90°往復(fù)回轉(zhuǎn),驅(qū)動(dòng)力矩小等特點(diǎn),用于截?cái)?、接通和調(diào)節(jié)管路中的介質(zhì),具有良好的流體控制特性和關(guān)閉密封性能。

蝶板的流線形設(shè)計(jì),使流體阻力變小,是一種節(jié)能型產(chǎn)品。隨著耐高溫、耐低溫、耐強(qiáng)腐蝕、高強(qiáng)度合金材料在蝶閥中的應(yīng)用,使金屬密封蝶閥在高溫、低溫、強(qiáng)沖蝕等工況下得到廣泛的應(yīng)用,并部分取代了截止閥、閘閥和球閥。
由于蝶閥蝶板的運(yùn)動(dòng)帶有擦拭性,故大多數(shù)蝶閥可用于帶懸浮顆粒的介質(zhì),依據(jù)密封件的強(qiáng)度也可用于粉狀和顆粒狀的介質(zhì),又能進(jìn)行靈敏的流量控制,蝶閥的結(jié)構(gòu)原理適合于制作大口徑閥門。
在要求節(jié)流和調(diào)節(jié)控制流量、泥漿介質(zhì)及含固體顆粒介質(zhì)、要求閥門結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度短、要求啟閉速度快和壓差較小的工況條件下,推薦選用蝶閥。在雙位調(diào)節(jié)、縮口的通道、低噪聲、有氣穴和氣化現(xiàn)象、向大氣少量滲漏及介質(zhì)有磨損性時(shí),可以選用蝶閥。
在特殊工況條件下節(jié)流調(diào)節(jié)或要求密封嚴(yán)格,過磨損嚴(yán)重、低溫(深冷)等工況條件下使用蝶閥時(shí),應(yīng)選用特殊設(shè)計(jì)金屬密封帶調(diào)節(jié)裝置的三偏心或雙偏心的專用蝶閥。

2.5、夾管閥

　　夾管閥有法蘭和螺紋2 種連接形式(圖7 ) 。DN10～50夾管閥可選用螺紋連接方式,DN40～250夾管閥可以選用法蘭連接形式。夾管閥無阻礙流道,低流阻,無阻塞, 100%關(guān)斷密封,低耗氣量,質(zhì)量輕,廣泛應(yīng)用于有顆粒、粉末、纖維、黏漿等磨損性物質(zhì)的化工、紙漿、造紙、食品、電力、再循環(huán)、水處理和礦物加工等行業(yè)。夾管閥控制簡(jiǎn)單,比較經(jīng)濟(jì),夾管更換方便,通常選用夾管閥作為排氣用閥。
由于夾管為橡膠制品,其耐磨和耐溫性能均不及圓頂閥?？梢愿鶕?jù)不同的使用工況來選擇排氣閥,在使用溫度不高,物料磨損性不強(qiáng)的情況下,選用夾管閥性價(jià)比較好。
高溫或物料磨損性較強(qiáng)的情況下,可選用閘閥、球閥、蝶閥、以及圓頂閥,但是球閥和蝶閥相對(duì)壽命較短,閘閥體積較大,動(dòng)作不靈活,圓頂閥使用壽命長(zhǎng),維護(hù)方便,只是價(jià)格較高,但總的性價(jià)比還是很好的。

2.6直流式氣動(dòng)控制閥(角座閥)

? ? 角座閥(圖8)常用規(guī)格為DN10～65,根據(jù)連接形式一般可分為螺紋和焊接式兩種,根據(jù)控制形式可分為單作用角座閥和雙作用角座閥。
閥體材質(zhì)為不銹鋼,閥座密封材質(zhì)主要為PTFE,適用介質(zhì)為水、中性氣體或液體、酒精、油、有機(jī)溶劑、水蒸汽、弱酸或弱堿溶液等,適用溫度范圍-100～180℃,適用壓力范圍為≤116MPa。在氣力輸送系統(tǒng)中一般選用螺紋連接的單作用角座閥。對(duì)于不同的輸送系統(tǒng)可以根據(jù)需要選用。

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