蒽油加工專用三通放料閥組的設計及應用

摘要：本文綜述了蒽油及粗蒽加工項目所用放料閥組的傳統技術及其缺點，并就此缺點進行分析和改進，根據蒽油的產品特點和生產過程中的工藝條件，設計出符合蒽油精加工用的新型專用三通放料閥組。
ABSTRACT: It is hereby discussed the traditional technology and its disadvantages of  feeding valve group used in refined anthracene crystallization, defect analysis to improve, and then designing a new type of Special Three-way Feeding Valve Group according to characteristics of anthracene oil products and the process conditions.

關鍵詞：蒽油 保溫夾套 新型專用 三通閥放料閥組
Key words: Anthracene oil, Heating jacket, New special,  Three-way Feeding Valve Group
1、引言
　　蒽油是蒽、菲、咔唑等重要化工產品的主要原料。蒽經過氧化得到蒽酮，蒽酮經過處理可得到蒽酮系酸性染料、還原染料等廣泛的染料中間體；菲可作為合成染料、液晶、醫藥和表面活性劑的化工原料；咔唑主要用于合成染料、農藥、醫藥、光電新材料和合成樹脂等領域。而對這些產品的需求，隨著化學工藝的不斷發展進步，正在日益增加。所以，如何提高蒽油的產量是工業上一個很重要的課題，而對蒽油深加工技術的改進對提高蒽油產品的產量意義重大。
　　蒽油具有易結晶的特點。在寧夏西泰蒽油及粗蒽加工項目中，精蒽的獲取方法采用結晶法，其中放料溫度對晶體回收有重要影響。一般放料溫度控制在32～38℃，如果放料溫度太低，則粘度增大，不利于之后的離心分離，甚至可能出現結晶狀況；如果放料溫度太高，則離心分離后晶體回收率降低。
　　基于蒽油加工產品的特性，在蒽油加工完成后，收集成品的環節，需保證產品的狀態為液態，使得成品利于收集且不堵塞管道。故對放料閥組進行保溫處理，對生產的順利進行有著至關重要的影響。
2、現場工藝
　　現場鋪設一主管道，一端為進口，一端為盲板，同時有六個平行的管道與主管道垂直。生產好的蒽油通過主管道經由六個分管道進入下一工藝環節，六管道可以同時工作或單獨工作。這樣，六個分管道就需有閥門來控制。
3、傳統技術及缺點
    此種工況或相似工況利用的閥組一直都是從國外進口，如圖1所示。其缺點是：1）、閥內部結構復雜  國外進口三通閥組的閥座都是從旁路裝進，再用接管法蘭和閥體通過螺栓壓緊固定，安裝繁瑣，而且一旦閥門出現問題需要檢修時，需要拆掉上閥蓋與閥體間的螺栓、螺母才能取出閥芯、閥桿，卸下旁路法蘭才能拆掉閥座；2)、閥體外部沒有保溫設備，用電熱絲纏繞伴熱，由于閥體外形不規則，電熱絲纏繞不均勻，這樣造成加熱啟動時間長、熱量傳遞率降低、加熱不均勻和資源浪費，從而影響了出料質量。 

4、新型設計結構
　　我公司本次設計的新型專用放料閥組閥體外采用保溫夾套形式，對放料閥組中的每一臺閥分別焊接保溫夾套，這樣有利于分體測試各個閥門的性能，從而保證各閥焊接在一起時的整體性能。如圖2所示，六臺閥焊接在主管道上。其中，每臺閥進口或出口共有三個，相鄰的兩臺閥焊接在一起，六臺閥閥體內部相通，由閥座來控制分管道的啟閉。這樣，六臺閥共同構成一個放料閥組，位于兩側閥組的的兩個三通閥分別焊接有連接法蘭或盲板。現場根據工藝需要控制各臺閥上的電磁閥，電磁閥再控制執行機構來帶動閥芯上下運動，從而實現閥組中各閥的連鎖開啟或關閉。
    此設計結構的優點：1)、閥內部結構簡單。如圖3所示，閥組中每個閥門結構都是單座形式，閥座和閥體用螺紋連接，為了保證規定的泄漏等級，在閥座和閥體接觸的臺面上放一個薄銅墊。由于蒽油在液體狀況下粘度較大，所以要確保閥腔內除閥桿外無任何其他阻礙物，這樣介質在閥腔內流動更流暢，不會出現阻尼現象，設計時，保證了閥座上端面和閥內主通道內圓下母線保持在一條直線上。 維修時，只要打開上閥蓋就可輕松取出閥芯和閥座進行處理，無需卸下旁路管道。 2)、閥體外部自帶保溫夾套，當需要保溫時，給保溫夾套內通入導熱油即可。這樣做的優點是：伴熱均勻，加熱啟動時間短、熱量傳遞率高、既節約了能源，又保證了出料質量。

5、具體設計方案
5.1 閥組中單個閥設計方案介紹
　　三通閥，顧名思義就是閥體有三個通口，它和普通閥門不同的是底部有一通口做為旁路，閥芯位置變化時可以實現三個通口功能變化，實現分流或者合流。本次設計的三通閥，閥芯只控制旁路的開閉，左右通口在同一水平線上一直相通。當閥芯與底部閥座接觸密封時，旁路出口被堵住，左右通口貫通；當閥芯上提時，旁路出口開始放料。三通閥的結構如圖3所示。

　　從圖中可見，三通閥由閥體、閥芯、閥座、閥桿、上閥蓋、填料、導向套及保溫夾套組成。每臺三通閥的保溫夾套都由一個前板、一個后板、一個上板、一個下板及兩個側板組成，左右兩側的板相同，為相同的側板，這六塊板將三通閥包裹起來利用焊接的形式固定及密封。
　　由于蒽油具有易結晶的特點，三通閥的結構都要結合此特點來設計，所以在設計時要考慮在不影響閥門功能的前提下保證閥門內部結構盡量簡單，保證流道盡量通暢，無死角。下面重點介紹閥體、閥芯和閥座的設計。
　　閥體：由于此項目用三通閥之前公司涉及較少，在設計初期存在著兩種方案，即閥體采用鑄件還是鍛件。采用鑄件必須開模，會造成一定的開模費用；采用鍛件會采用自由鍛成型方式，節省了開模費用，但加工費用高且加工后不可能做到內部平滑無死角。最后，由于介質壓力相對較低，結合介質特性，我們決定閥體使用鑄件較好。這樣保證了閥體內腔的光滑過度，最大限度地消除了內部死角，使蒽油盡可能不在閥體內部堆積而造成物料浪費，同時也降低了控制閥卡死的風險。
　　閥芯：由于控制閥無流量調節要求，所以閥芯采用快開式，并在密封面下留有5mm導向，這樣可以保證閥芯在開啟和關閉的瞬間有很好的導向，從而避免閥的震蕩和卡死。閥芯與閥桿的連接采用焊接形式，避免了螺紋和銷軸連接造成的內部間隙，從而影響整個閥芯的同軸度。
　　閥座：閥座與閥體之間采用螺紋式而非直壓式，因為直壓式必須有壓套，就會使閥內腔流道變復雜，增加了很多死角。閥座與閥芯配車研磨，確保達到規定的泄漏等級。
5.2 閥組的成型方式
    5.2.1 為了保證閥體內腔的光滑，盡量減少流阻，閥體采用鑄造方式；
    5.2.2 將閥體粗加工后進行1.5倍公稱壓力試驗，試驗合格后在其外面焊接保溫夾套，然后對保溫夾套以8kgf/cm²的壓力進行打壓測試，確保其滿足承壓要求；
　　5.2.3 精加工閥體及其他各零件；
　　5.2.4 對單個閥門進行裝配；
　　5.2.5 單個閥門裝配好之后進行泄漏測試和殼體承壓測試；
　  5.2.6 將單個控制閥焊接成閥組。如圖2所示。
　　5.2.7 對閥組整體進行打壓測試，如有泄漏進行配車研磨，確保每臺閥達到工藝要求的泄漏等級。
    5.2.8 安裝附件，調試，出廠。如圖4所示。

圖4 待出廠發貨的閥組

8、小結
    保溫夾套閥在介質保溫方面的應用比較普遍，但是在閥組應用上還是比較少見的。保溫夾套閥組在設計和工藝方面需要考慮的因素很多，有些實現起來還比較困難。今年嘉泰公司特殊設計的蒽油加工專用三通放料閥組在寧夏西泰蒽油精煉項目上成功使用，打破了此類閥門一直靠進口的局面，同時考驗并驗證了本公司的設計能力和生產能力，為以后此類項目的實施打下堅實的基礎并提供了寶貴經驗。