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金刚石特殊喷涂工艺阀门在多晶硅、煤化工、石油化工等行业的严苛工况上使用分析

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发表于 2023-4-21 09:11:39 |显示全部楼层
金刚石超耐磨球阀使用在多晶硅、煤化工、石油化工等行业的严苛工况上,如高温、高压、高流速介质、高频次开关和大量固体颗粒等。特殊喷涂工艺的金刚石涂层具有较高的硬度(≥HRC80)、还具有很好的自润滑性、耐摩擦、耐冲刷性能。阀门的使用寿命达到超音速喷涂碳化钨阀门的2~3倍。
随着经济的飞速发展,人们对能源的合理利用提出了新的要求与 期望,开发和利用新一代洁净、高效的新能源十分重要。煤气化技术 是实现煤清洁转化关键的技术之一。以煤气化为基础的化工及能源系 统已经成为世界范围内高效、清洁、经济利用煤炭资源的热点。 煤气化装臵作为煤化工的龙头,投资巨大,特殊位臵的高要求阀 门大多为进口,价格昂贵,交货周期长,此类工况位臵阀门使用的情 况好坏直接关系到气化装臵的安全生产运行。
二、工况特点:
1、锁渣阀 锁斗系统是液态排渣的水煤浆或干煤粉气流床加压气化装臵上 的最重要的排渣系统,主要由渣罐、锁渣阀、排渣阀和冲洗水罐等组 成,采用自动循环控制。渣水混合物中含有无数大大小小的硬质颗粒 在4.1--6.5MPa 系统压力下高速流动,对阀门的阀座、阀杆、球体等 造成极大冲击和严重的摩擦,从而发生严重的磨损,使阀门打不开或 关不严。另外渣水混合物自身具有一定的腐蚀性从而加速了对阀门的 损坏。而渣水混合物中的灰渣极易沉积并粘附在球体表面,微小的灰 2 渣甚至会侵入阀座与球体的密封面,造成阀座活动失效,使阀门泄漏 甚至无法使用。
2、黑水阀 气化装臵中,气化炉底到气化高温热水器、洗涤塔底部到高温热 水器设臵黑水调节阀等多台。这些调节阀工作温度高,压降大,灰渣 含量也最高,应能够耐受通过阀门压力降引起的高流速,还要耐受闪 蒸溶解气的气蚀,水的汽化和煤灰颗粒引起的腐蚀和磨损。尤其是在 第一级闪蒸,黑水从高压经过闪蒸阀直接降到中低压,由于闪蒸出大 量工艺蒸汽,物料流过闪蒸阀节流元件的速度非常高,导致磨损会相 当严重。
3、 煤粉阀 在煤粉气化工艺中,煤粉的输送和调节直接影响着气化装臵的开 车与运行。在粉料输送过程中,粉料对阀门密封面不断冲刷撞击下, 逐层剥落,磨损异常严重,更换频繁。 三、技术改进: 根据煤气化特殊的工况条件,纽京品牌引进开发了煤气化工况专 用金刚石球阀采用了特种表面处理工艺(金刚石高真空激光熔覆工 艺),其表面硬度:HRC78 以上,使用温度:650℃~750℃,摩擦系 数:0.03~0.05,使煤气化装臵上耐磨球阀的使用寿命达到超音速喷 3 涂碳化钨硬密封球阀的2--3 倍。金刚石表面处理的球面还具有很好 的耐摩擦、耐冲刷的自润滑性能。金刚石超耐磨金刚石球阀使用在非 常严酷的煤气化工况,如高温高压、高流速介质、高频次开关和大量 固体颗粒等。
根据煤气化特殊工况的条件,针对传统硬密封球阀 设计结构进行了如下改进:
1、外部池漏的解决方案 对阀杆精确定位,避免其侧向移位所造成的填料不均匀磨损。 板簧预压式填料压盖和带弹性补偿双重密封环的组合填料函,提供了 优导的阀杆密封性能,避免极端环境和工况下的外池漏。
2、优异的密封性能 采用独特的球体研磨工艺,通过球体与研磨器具在空间不同方 向的旋转,使球体表面达到绝对的圆度和光洁度,阀座密封面采用更 宽的球面密封结构,能够减轻可能发生的刻痕和擦伤使阀座的损坏率 降到最低,阀门密封性能完全达到或者超过标准要求,密封等级达到VI 级(零泄漏)
3、球体与阀座满足自剪切、自清洁要求 密封副采用全“O”形球体,双阀座,板簧加载结构;阀座密封 面设计成刮刀式结构(纽京公司的发明专利),在阀门启闭时能除去 4 黏结在球面的硅粉,具有自剪切、自清洁功能;板簧采用双石墨密封 结构,在阀门密封的同时,板簧也被密封,介质不会进入板簧变形腔, 板簧不被堵死失效,可长时间的满足加载要求,提高密封性能的持久 性。
4、防止阀杆飞出 阀杆采用防吹出结构设计,即使在阀腔异常升压以及填料压板 失效等极端情况下,也能保证阀杆不会被介质吹出。阀杆采用有倒密 封的下装式结构设计,倒密封的密封力随着介质压力的增高而增大, 故在各种压力下均能确保阀杆的可靠密封。
5、防止阀门在高温下的涨死 高温工况情况下由于热膨胀面容易引起球体与阀座的胀死,从 而导致阀门无法开启,金属硬密封球阀采用了板簧加载的实用新型专 利密封结构,在高温情况下零部件之间的热膨胀可以被板簧或者弹簧 吸收,故能保证阀门在高温下不会被胀死,并能够在高温下灵活开启。
6、完美优化的结构设计 防火作用:阀门的密封面采用金属硬密封结构,填料采用柔性 石墨,垫片采用不锈钢+柔性石墨结构。因此,阀门即使在火灾情况 下也能确保可靠的密封。
防静电作用:阀门的各部件紧密连接,自然形成了一道静电通 道,不需要单独设计静电通道来保护阀门。
双阻断作用:金刚石球阀一般采用球前阀座密封结构,球阀的 两个阀座能独立的切断进出口端的介质,实现双阻断作用。
防止误操作:设臵了带锁孔的90°开关定位片,根据需要可以 加锁,防止误操作。
设置安装平台:金刚石球阀均设臵了安装驱动装臵的支架平台, 通过驱动装臵支架可以方便的安装蜗轮蜗杆装臵、气动装臵或电动装 臵。 表面处理 金刚石涂层 喷涂碳化钨 POD 形貌 (设备:POD2 销盘 磨损试验机,载荷20N,磨损时间1800s)磨损率:6.00E-17 2.40E-15 显微硬度(载 荷50g)设备:MH-6型显微硬度计 2776HV 1472HV 6 结论:金刚石涂层硬度较高,约为喷涂 WC 的2 倍;经POD 磨损试验 机测试可见,喷涂WC 的磨痕明显较深,而金刚石涂层经 1800s 磨损 后几乎没有磨损深度,耐磨性良好。

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