煤化工金屬耐磨球閥結構改進一種金屬密封耐磨球閥技術領城
本實用新型提供了一種管道控制閥門，特別是一種金屬密封耐磨球閥。球閥由于具有流阻小、開關迅速、密封性能好、使用壽命長，便于氣控和電控等特點，應用范圍廣泛。金屬密封耐磨球閥是球閥中重要的一類，具有球閥的優點，特別適用于各類顆粒介質，如煤化工裝置的煤粉、煤漿、煤渣;有機硅、多晶硅裝置的硅粉、硅塵、高溫氣體;有色金屬行業的鋁粉、鎳粉等金屬粉末;同時也適用于電力、鋼鐵行業的各種惡劣工況。
金屬密封耐磨球閥廣泛應用于顆粒介質和高壓差的惡劣工況下，極容易出現開關動作卡滯、球體和閥座密封不嚴、密封面被沖蝕及介質從閥桿處泄漏等一系列威脅裝置安全的嚴重問題。本實用新型針對以上問題做了一系列創新的設計，以解決惡劣工況下開關動作卡滯和密封問題。
煤化工是將煤通過熱加工和催化加工轉化為各種燃料和化工產品的過程。煤化工及煤制油項目首先要進行煤氣化，在高溫下將煤、焦炭等固體燃料與氣化劑反應，轉化為氣體產物和殘渣。煤氣化所用的氣化劑主要為蒸汽、高壓高純度氧氣及其混合氣體，氣化反應包括了一系列均相與非均相化學反應。所得氣體產物因所用原料煤質、氣化劑的種類和氣化過程不同而具有不同的組成，可分為煤氣、半水煤氣及水煤氣等。在煤化工產業的煤制油、煤制烯烴及大型煤化成套系統中，金屬密封耐磨球閥作為一種耐磨損的管路系統截斷及流量控制的部件得到了極為廣泛的應用。

2 煤化工金屬耐磨球閥結構改進煤制油工藝過程
煤制油工藝是以煤炭為原料，通過化學加工方法將固態的煤轉化合成為液態的石油燃料產品，其工藝可分為直接液化和間接液化。
2.1 直接液化
直接液化是先將煤炭磨成煤粉與溶劑配制成油煤漿，然后在高溫、高壓下將煤中復雜的有機高分子結構直接轉換為較低分子液體燃料。在精制后制得的油品，其工藝過程見圖1。直接液化油回收率高，可達63%～68%，煤消耗量小，生產1t液化油，需消耗洗精煤約2.4t。餾分油以汽、柴油為主，目標產品的選擇性相對較高。油煤漿進料，設備體積小，投資和運行費用低。金屬密封耐磨球閥結構適用于輸送黑水、渣水及水煤漿等含固體顆粒的介質，閥門的球體和閥座用超音速噴涂（HVOF）JK117或閥座堆焊STL12#（D812）硬質合金，大規模生產時，應采用數控研磨中心對球體和閥座實行高精度的研磨。閥桿有防止固體顆粒進入填料函的金屬和填料雙密封結構。閥座彈簧具有防止灰渣堵塞結構。球閥在其一側為大工作壓力，另一側為大氣壓的大壓差工況下，完成啟閉并保證可靠密封，水壓試驗的泄漏等級應達到ANSI/FCI70－2的ClassⅤ級。

4煤化工金屬耐磨球閥結構改進 球閥性能分析
4.1 浮動球（MOGAS產品）
美國MOGAS雙金屬閥座浮動球球閥，為介質出口端金屬密封，閥桿帶軸肩防飛出結構，閥座設計為刮刀式。閥門具有自泄壓功能，符合抗靜電及防火要求，依據NACEMR－0103進行防腐處理，并按需要配置閥門齒輪箱（圖2）。

1.閥桿2.閥桿導向環3.閥桿密封軸承4.填料防護環 5.復合填料6.執行器固裝支架7.填料壓蓋 8.閥桿上的“T”標志9.刻線
圖2 MOGAS耐磨球閥閥桿填料結構
（1）通徑
采用ANSIB16.34標準規定。
（2）壓力等級
閥門的壓力等級符合訂貨規格及工藝管路等級要求，閥體壓力等級不低于法蘭等級。
（3）連接形式
球閥過程連接為法蘭連接或對焊連接，法蘭標準依據ANSIB16.5，采用RF法蘭連接。對焊連接端部標準依據ANSIB16.25。
（4）結構長度
采用ANSI B16.10標準確定閥的結構長度。
（5）閥體、閥蓋
均選用鍛件ASTM A105、ASTM A182 F22、A182 F347，對于需要防硫化氫的閥門按照NACE要求進行熱處理。
（6）球體、閥座
球體為不銹鋼410SS，表面高速氧火焰噴涂碳化鉻合金（涂層耐溫815℃），硬度64HRC以上，厚度不小于0.3mm。閥座為Inconel718合金，同樣采用噴涂碳化鉻合金硬化處理。表面高速氧火焰噴涂碳化鉻合金再熔融處理（耐溫815℃），涂層耐磨不易脫落。球面硬度64HRC以上，厚度不小于0.3mm。球體與閥座手工配對研磨，密封檢驗*API598標準要求。閥座鋒利的邊緣可對球體自刮擦自清潔，防止介質進入球體與閥座的密封面而造成內漏和卡塞現象。
（7）碟簧
選用碟形結構彈簧，材料為In-conel718。碟簧的主要作用是為閥座和球體施加一個預緊力，保證球體與閥座緊密結合。當球體、閥座受到熱脹發生位移時可有效回縮，防止球體與閥座發生卡塞現象。碟簧后閥座腔倒角處理（角度經流體動力學計算），使固體顆粒不易堆積在閥座后面而影響閥座的有效退讓（圖3）。（8）閥桿
閥桿材料選用17－4PH或A638－660。閥桿設計為雙密封并有軸肩防飛出結構，帶彈簧預緊的填料壓蓋結構。閥桿設置有金屬密封軸承和填料雙重密封（圖4）。 MOGAS耐磨球閥填料及填料壓蓋結構

（9）填料
由3個模壓成型組合純石墨環（Chesterton5300）和2個有Inconel合金絲編織成的石墨抗擠壓環（Chesterton1601）組成，能承受970℃的高溫。填料壓蓋帶有預載碟簧，填料壓蓋可持續壓緊填料不致發生外漏現象。
（10）泄漏等級
切斷閥的閥瓣和閥座采用金屬密封的雙向密封形式。金屬密封軸承表面硬化處理后手工配對研磨，為壓力密封設計，壓力越大，密封越緊，可防止固體顆粒進入填料函。泄漏等級符合API598標準要求。

【煤化工金屬耐磨球閥結構改進實用新型內容】
為了克服現有技術的缺陷，本實用新型的一個目的在于提供一種金屬密封耐磨球閥，球體流道口處采用*的弧形缺口設計，以降低球閥開關時介質顆粒的流速，同時減小介質顆粒對球體與閥座的沖刷與磨損。
煤制油工藝過程中同時存在氣－液－固三相混合物介質，對閥門提出高溫、高壓、耐磨、耐腐蝕、耐沖刷、抗熱循壞和零泄漏等要求。作為全通徑、大流量、低流阻、開關方便等優點的金屬密封耐磨球閥將獲得快速發展，將逐步從低壓、常溫到高壓、高溫，促進了球閥應用范圍的擴大和發展。浮動球與固定球耐磨球閥各有特點，各種選型原則只是在一般情況下的應用原則。隨著閥門生產技術的發展，浮動球球閥將可用于高壓力工況，固定球球閥也可以用于含固體顆粒介質工況。高溫高壓金屬密封耐磨球閥在煤化工產業的煤制油、煤制烯烴及大型煤化成套系統中的推廣應用，可替代進口的同類產品，提升我國高溫高壓耐磨球閥的技術水平，有效降低企業的設備采購成本。本實用新型的第二個目的在于提供一種金屬密封耐磨球閥，其進口閥座采用了外緣缺口設計，使得閥門前的介質壓力可順利進入閥門中腔，在閥門開關過程中介質流動更加順暢，動作更加平穩。

本實用新型的第三個目的在于提供一種金屬密封耐磨球閥，其閥桿的下端設置有一處圓柱狀凸起，作為閥桿與球體的導向限位結構，以避免閥桿與球體之間產生過大的相對線性位移而增加不必要的操作力矩。
本實用新型的第四個目的在于提供一種金屬密封耐磨球閥，閥桿處設置兩處密封，以充分保證閥桿處的密封，避免介質從閥桿處發生泄漏，同時閥桿與填料箱之間設置有兩片高硬度耐磨墊片，從而有效地降低閥桿與填料箱之間的摩擦力矩，避免閥桿發生卡滯。