催化裂化用超高溫蝶閥
       一、前言
       煉油廠催化裂化用超高溫蝶閥技術(shù)含量高，設(shè)計(jì)及制造難度大，造價(jià)高，開(kāi)發(fā)該類閥門(mén)可提高企業(yè)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。該類高溫蝶閥按使用工況可分為煙機(jī)入口高溫調(diào)節(jié)型蝶閥、煙機(jī)入口高溫切斷型蝶閥、煙氣旁路高溫蝶閥和煙氣余熱回收系統(tǒng)的冷壁（襯里）蝶閥四種。應(yīng)用于煉油廠催化裂化裝置動(dòng)力回收系統(tǒng)煙氣管道調(diào)節(jié)、切斷用。介質(zhì)：催化劑煙氣（煙氣含塵密度小于0.2kg/m3，煙氣中催化劑顆粒大于10μm的應(yīng)在總含塵量3%～8%），設(shè)計(jì)壓力0.26MPa，設(shè)計(jì)溫度<923℃，公稱通徑DN1600。本文主要針對(duì)煙氣余熱回收系統(tǒng)的冷壁（襯里）蝶閥的研制進(jìn)行了介紹。
       超高溫蝶閥結(jié)構(gòu) 1.閥體 2.蒸汽吹掃口 3.隔熱耐磨龜甲網(wǎng)襯里材料 4.閥桿 5.蝶板
       二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
       催化裂化用超高溫蝶閥閥體采用冷壁（襯里）結(jié)構(gòu)，由鋼板和法蘭焊接后內(nèi)襯隔熱耐磨材料而成。蝶板采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，與閥體上的兩個(gè)半圓臺(tái)階形閥座組成密封結(jié)構(gòu)。閥桿采用半軸鍛件結(jié)構(gòu)，與蝶板采用銷釘連接帶動(dòng)閥瓣轉(zhuǎn)動(dòng)。閥桿兩端支撐軸承各設(shè)蒸汽吹掃口和密封注脂口，以保證閥軸密封效果。
       三、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)
       超高溫蝶閥設(shè)計(jì)一般有兩種方案，一種為冷壁，一種為熱壁。兩者設(shè)計(jì)思路完全不同，冷壁是在閥體內(nèi)表面設(shè)非金屬隔熱層，材料設(shè)計(jì)溫度一般按150～300℃考慮，設(shè)備外壁溫度低于200℃，材料選用時(shí)由于有隔熱襯里層，可選用耐高溫腐蝕性稍差的材料，成本低（還有一種是在空心閥體、蝶板等零件內(nèi)引入如水等其他介質(zhì)，來(lái)降低材料溫度）；熱壁是閥體外表面采用保溫材料，設(shè)計(jì)溫度按最高操作溫度加安全系數(shù)（一般10～20℃），材料需選用能抗高溫和耐腐蝕、耐沖蝕的材料，成本高。
       （1）閥體
催化裂化用煙氣余熱回收系統(tǒng)的超高溫蝶閥采用了冷壁結(jié)構(gòu)，殼體為鋼板和法蘭焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯隔熱耐磨龜甲網(wǎng)襯里材料（見(jiàn)圖2）。冷壁內(nèi)襯隔熱襯里材料是采用龜甲網(wǎng)，手工搗制成型，它經(jīng)過(guò)精心施工和烘干后會(huì)獲得良好的熱導(dǎo)率和線收縮性，具有較高的高溫抗壓強(qiáng)度。耐磨襯里厚度為100～150mm，其中耐磨層20～31mm；隔熱層80～119mm；閥體由于有龜甲網(wǎng)（06Cr13）、柱形錨固釘（06Cr19Ni10）、端板（06Cr13）等部件使熱量從內(nèi)傳到外壁，局部壁溫升高。局部溫度會(huì)到300℃，一般取350℃作為壁厚強(qiáng)度計(jì)算溫度。除此還應(yīng)考慮剛度和結(jié)構(gòu)來(lái)決定壁厚，防止由于殼體變形導(dǎo)致襯里失效。閥座設(shè)計(jì)為臺(tái)階型，閥座邊緣噴焊硬質(zhì)合金。閥體與煙氣管道的連接接口采用直接焊接形式。閥體材料的選擇除考慮結(jié)構(gòu)、溫度、剛度之外，還應(yīng)考慮與管道材料的焊接性能綜合選材，本閥采用的是壓力容器鋼Q235—C。
       1.臺(tái)階式閥座 2.殼體 3.柱形錨固釘及端板 4.隔熱混凝土 5.耐磨混凝土 6.龜甲網(wǎng) 7.蝶板
       2）蝶板
蝶板為HK40整體鑄造，邊緣均噴焊硬質(zhì)合金，并經(jīng)磨削加工以減少泄漏，提高耐磨性能。由于高溫閥門(mén)熱膨脹的影響，蝶板與閥體在起動(dòng)、關(guān)閉時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮蝶板與閥體的間隙及偏心量。
       3）閥桿
       閥桿采用鍛件分段結(jié)構(gòu)，與蝶板采用銷釘連接，便于加工和裝拆。在閥桿與蝶板輪轂之間設(shè)有噴焊硬質(zhì)合金的耐磨襯套，保護(hù)閥座圈之間的外露閥桿，避免該處高速氣流對(duì)其沖蝕。閥桿兩端的支撐軸套采用耐高溫的STL6軸承，該軸承具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性，可避免軸承因高溫或銹蝕等原因易造成閥桿卡阻的弊病。閥桿兩端還設(shè)有外部軸承支承，且均為自由端受熱后可自由伸縮。
       4）填料密封結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3）
       為防止煙氣中催化劑進(jìn)入軸套卡住閥桿，在閥桿兩端支撐軸承前各設(shè)一個(gè)蒸汽吹掃口，定期或常用1MPa（A）、250℃的過(guò)熱蒸汽進(jìn)行吹掃，并可冷卻閥桿以防止煙氣、催化劑顆粒進(jìn)入軸腔積灰結(jié)垢。
       閥桿填料結(jié)構(gòu)
       1.閥桿 2.蒸汽吹掃口 3.注脂口 4.碟簧組件 5.碟簧 6.碟簧固定套 7.填料壓蓋 8.隔環(huán) 9.填料（石墨）10.填料箱 11.隔環(huán) 12.高溫填料 13.隔環(huán) 14.軸套
       5）氣動(dòng)、電液動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)
該類超高溫蝶閥一般采用氣動(dòng)、電液動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，兩種執(zhí)行機(jī)構(gòu)均設(shè)有正常調(diào)節(jié)和緊急快速關(guān)閉兩個(gè)控制回路，以及自保阻尼來(lái)減輕蝶閥快速關(guān)閉時(shí)對(duì)蝶閥的沖擊。為了提高煙機(jī)甩負(fù)荷控制的精度和可靠性，選用電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)為：靈敏度1/600，精確度1/600，輸入輸出信號(hào)4～20mA，全行程時(shí)間＜4s，緊急動(dòng)作時(shí)間＜1s。
       并且電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)最好選用偏置曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊、輸出力矩大，特別是其輸出力矩曲線與煙機(jī)入口超高溫蝶閥的操作力矩相似，在設(shè)計(jì)時(shí)合理調(diào)整參數(shù)可使機(jī)構(gòu)的最大輸出力矩點(diǎn)與蝶閥的最大操作力矩點(diǎn)相匹配，能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到充分合理利用。
       四、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
       超高溫蝶閥研制完成后，經(jīng)用戶使用發(fā)現(xiàn)在高溫情況下出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題分析認(rèn)為是高溫材料膨脹系數(shù)選擇不當(dāng)，重新進(jìn)行高溫間隙計(jì)算校核并進(jìn)行有限元分析后對(duì)閥桿與閥體的間隙進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)檢修后再未出現(xiàn)問(wèn)題。
       催化裂化用超高溫冷壁（襯里）蝶閥的研制成功，解決了閥門(mén)材料選型、高溫情況下密封以及閥桿密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求等問(wèn)題，為煉油廠催化裂化裝置系統(tǒng)用閥取得了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)該閥的國(guó)產(chǎn)化為煉油企業(yè)在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗發(fā)揮積極作用。