高溫電動蝶閥用于催化裂化裝置能量煙氣回收系統,裝置的正常操作溫度680℃,允許最高連續使用溫度720℃,最高超溫800℃,輸送含有催化劑顆粒的再生煙氣介質。多儀閥門生産的電動高溫蝶閥閥體由鋼闆和鍛件法蘭焊接而成。閥杆爲整體鍛件結構,由外部軸承座支撐,并通過二端銷連接帶動閥瓣轉動。
高溫電動蝶閥爲了滿足高溫的要求，必需要滿足以下幾方面的要求：
1、閥體材料
閥門設計執行标準爲ASMEB16134。按該标準中的壓力-溫度表計算得到的閥門常溫下的壓力等級數,就是設計基準,并以此來計算最小壁厚。在設計過程中,閥體材料也選ASMEB16134标準規定的材料,并且材料的适用溫度高于閥門工況最高溫度。經過查閱了大量國内外類似工況的閥門設備材料使用情況,結合對高溫材料的使用經驗,選擇了性價比較高的304H作爲閥體材料。此材料可減小蠕變對材料的影響。
2、閥杆材料
根據高溫強度估算,奧氏體鋼在704℃的高溫工況下,強度降低6415%以上,如果采用加大閥杆直徑提高其強度的方法,則超出閥門結構要求,因此奧氏體鋼不适宜做閥杆材料。lnconelX-750在704℃的高溫工況時,強度降低4113%,但強度值還很大(表1)。根據屈服強度,并考慮持久強度計算得到的閥杆直徑,符合閥門結構要求,因此閥杆材料選用lnconelX-750。
3、閥體最小壁厚計算是爲了保證閥門的壓力邊界完整。最小壁厚采用規則法計算,計算标準按ASMEB16134,在選擇壓力-溫度額定值時,有2種磅級選擇法。一種是選擇标準磅級,計算得到的最小壁厚比較大,比較安全。另一種是選擇特殊磅級,計算得到的最小壁厚比标準磅級小,但無損檢測要求較嚴。根據高溫工況的設計經驗,選擇了這二種磅級的組合形式,即在計算最小壁厚的壓力-溫度額定值時,選用标準磅級,而閥體的無損檢測要求按特殊磅級。
閥門洩漏率要求爲最大流量的0167%,當洩漏超标就會引起系統煙機不能正常停車,從而造成重大事故。普通煙氣蝶閥閥體通道内沒有閥座,閥瓣僅起調節煙氣介質流量的作用,不起密封作用(圖2)。根據性能要求,大口徑高溫蝶閥設有閥瓣和閥座密封副,對閥門的流通性能、密封可靠性和啓閉力矩3個方面進行了設計研究。首先按常規蝶閥設計了密封副(圖3),此形式密封可靠,雖然閥瓣旋轉中心與密封面存在偏心力矩,使啓閉力矩增大,但經過計算,力矩也在可以接受的範圍之内。
此結構的缺點是流通性能差,不能滿足全開截面積的設計要求。經過反複設計、修改和計算,完成了對開式閥座密封副設計(圖4),該閥座是2個半圓閥座,它們前後錯開與閥瓣呈對稱式分布,使得閥瓣能夠設計成對稱式流線形結構,使閥門具有良好的流通性能,從而滿足了全開截面積要求和全開Cv值要求。由于閥瓣結構對稱,所以啓閉力矩較小。雖然其密封面某一處可能有洩漏現象,但隻要合理控制閥瓣和閥座的尺寸精度、形位公差和二者之間的裝配誤差,就能有效控制洩漏率在合格範圍之内。
4、高溫填料填料選用柔性石墨。其在空氣中氧化溫度爲450℃,并在此溫度下每24h後質量減輕1%。溫度越高,質量減輕得越多,氧化現象越嚴重。柔性石墨填料最高使用溫度爲650℃,且僅用于非氧化介質。考慮到填料在填料函内處于壓緊密封狀态,隻有一部分與空氣接觸,有資料介紹處于這種狀态的填料使用溫度可達816℃。
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