蛋氨酸生產(chǎn)閃蒸工況角型閥門(mén)的研制

　　介紹了目前國內飼料級蛋氨酸生產(chǎn)項目閃蒸工況使用的角閥的現狀，重點(diǎn)介紹了研制過(guò)程中如何針對實(shí)際應用過(guò)程中出現的問(wèn)題進(jìn)行的改進(jìn)設計，結合自身切實(shí)經(jīng)驗，分別從閥門(mén)結構設計、內件材料選擇、密封件材質(zhì)選擇和角閥零件的機加工工藝等方面，論述了閃蒸工況下角型閥門(mén)的特點(diǎn)以及加工過(guò)程中能夠提高加工精度所需注意的問(wèn)題，這些特點(diǎn)以及加工注意事項能夠較好的保證該類(lèi)型角閥能夠適應飼料級蛋氨酸生產(chǎn)中的閃蒸工況要求。

　　近年來(lái)，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平逐步提高，對肉、蛋、奶、皮毛的需求量也快速增長(cháng)。我國的家禽養殖業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展勢頭良好，作為與養殖業(yè)和畜牧業(yè)息息相關(guān)的飼料業(yè)呈高速發(fā)展勢頭，隨之帶動(dòng)飼料生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展。目前，作為家禽、牲畜重要營(yíng)養補給的飼料級蛋氨酸的需求逐年增長(cháng)，近幾年蛋氨酸市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)較大，但總體上仍呈漲勢。飼料工業(yè)所需飼料級蛋氨酸幾乎全部依靠進(jìn)口，因此國內發(fā)展飼料級蛋氨酸工業(yè)化產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。

　　目前，我國飼料工業(yè)所需飼料級蛋氨酸的生產(chǎn)量遠遠不能滿(mǎn)足國內飼料工業(yè)迅速發(fā)展的需求，每年都需大量進(jìn)口。飼料級蛋氨酸工業(yè)化過(guò)程中，關(guān)鍵流程工藝也逐步被國內企業(yè)所吸收消化，工業(yè)化生產(chǎn)飼料級蛋氨酸的“軟件”(生產(chǎn)工藝)條件達到要求后，滿(mǎn)足軟件正常運行的“硬件”(工業(yè)裝備)也要達到要求。“硬件”中主要涉及到自動(dòng)化儀表，閥門(mén)設備等，這些設備國產(chǎn)化的發(fā)展狀況很大程度決定了該項目的投入成本。與購買(mǎi)國外設備相比，更符合我國實(shí)際情況，投資大幅降低，經(jīng)濟效益也將大幅提高。

1、工況介紹

　　國內某化工廠(chǎng)蛋氨酸生產(chǎn)項目中有兩處工藝管道需使用能夠耐大壓差、耐沖刷、抗閃蒸的閥門(mén)，具體使用工況參數：使用溫度：100℃;介質(zhì)：海因液體;閥前壓力P1：1.5MPa;閥后壓力P2：0.12MPa;壓差ΔP：1.38MPa;流量Q：9.57m³/h;密度

　　ρ1：1050Kg/m³;液體壓力恢復系數：FL=0.85。

　　2 閥門(mén)口徑確定

　　式中：

　　pv=1000kPa;

　　pc=22120kPa。

　　下一步，確定流態(tài)：

　　它小于壓差(△p'=1380kPa)，因此，流態(tài)是阻塞流，流量系數C用式(3)計算：

Q=9.57m³/h

N1=1×10-1

ρ1/ρ0=1.05

　　流量系數C乘以修正系數得出計算Cv=3.89，確定的選型口徑為DN40，由于介質(zhì)中存在顆粒，并存在閃蒸現象，因此選用擴大出口管道的方式，經(jīng)計算DN80出口尺寸時(shí)可以使閃蒸對閥門(mén)損傷效果減小且經(jīng)濟實(shí)惠。

3、降壓級次確定

　　對于液體工況，當液體物流被混有汽泡或氣穴的流體本身所飽和時(shí)，就發(fā)生物流堵塞，即產(chǎn)生阻塞流。當阻塞流產(chǎn)生時(shí)，必然是有閃蒸、空化的發(fā)生，閃蒸和空化會(huì )對閥門(mén)造成一定程度的損壞，降低使用壽命�，F在較為廣泛的避免產(chǎn)生汽蝕的方法為：控制縮流面處的壓力Pvc，使其保持不低于液體的飽和蒸氣壓Pv，對于壓差較大的場(chǎng)合，可通過(guò)多級降壓，確保介質(zhì)通過(guò)每一降壓段時(shí)的壓力不小于液體的飽和蒸氣壓。調節閥兩端壓差即為阻塞流壓差(ΔP/)，當ΔP<ΔP/時(shí)，即可避免閃蒸和汽蝕的發(fā)生。采用多級降壓時(shí)每一級降壓的實(shí)際壓羞△P均應小于阻塞流壓差ΔP/。由于ΔP>ΔP/，且P>Pv。所以不采用降壓措施將產(chǎn)生嚴重汽蝕現象。但是該工況又必須在閃蒸狀態(tài)下才能生成產(chǎn)品，所以要求該工況閥門(mén)具備一定抗閃蒸破壞能力又不能完全避免閃蒸，經(jīng)計算采用一定程度的降壓措施，即圖1降壓套筒降壓。

圖1 內件降壓結構示意

4、所供閥門(mén)特點(diǎn)介紹

　　經(jīng)多次與現場(chǎng)工藝人員交流，基于閃蒸產(chǎn)生的機理和閃蒸工況零件損傷程度，決定在普通角閥基礎上進(jìn)行改進(jìn)設計，結構圖見(jiàn)圖2。

圖2 角閥結構圖

　　結構特點(diǎn)如下：

　　(1)閥座結構采用文丘里角閥通用的設計方式，逐漸擴大的閥座孔，另外還采用銳邊設計的閥座孔，使之排出介質(zhì)遠離閥體內壁，在流體的流束中壓碎氣泡，減小對閥體內壁損傷。采用7°角延長(cháng)閥座。

　　(2)上閥蓋和閥體間端面密封采用徑向密封圈，利用介質(zhì)壓力作用于彈簧上，使得密封材質(zhì)擴張，起到端面密封效果。

　　(3)閥內件結構改為帶分流孔的多層套筒結構：該結構可大大地降低閃蒸對于閥內件的損傷，可用于極高能耗的場(chǎng)合中。這種結構可以引起流體在小孔中的擾動(dòng)，造成流體本身內部的互相碰撞，閥芯和閥座的通道內會(huì )有比較大的擾動(dòng)。閥門(mén)上游的能量被流體互相碰撞產(chǎn)生的摩擦力轉換成熱能，基本上可以做到閥內壓力降低而且基本沒(méi)有壓力恢復，可以極大程度減小氣泡形成區域的面積，使得下游增壓造成的氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊不出現在閥體內壁，從而進(jìn)一步減弱對閥體造成的損傷。

　　(4)閥內件材質(zhì)及工藝改進(jìn)：將閥內件材質(zhì)在哈氏C-276基體上噴焊一層合金(見(jiàn)圖3、4)，該合金具有較高的硬度，其硬度可達HRC52～58，較好的耐弱酸腐蝕性(工況介質(zhì)呈弱酸性，PH值為5.6～6.1)。合金噴焊時(shí)需保溫噴焊，噴焊時(shí)要求速度均勻，力求與哈氏C-276基體融合程度達到最高。噴焊后精車(chē)閥芯部件和閥座時(shí)，需注意設備選用以及切削參數和刀具的選擇，應在加工精度較高的數控車(chē)床上進(jìn)行車(chē)削加工，轉速控制在較低轉速100r/min，吃刀量選擇0.5～0.7mm，刀具選擇數控成型刀片YG類(lèi)。在選用此類(lèi)刀片和切削參數時(shí)，對于加工噴焊此類(lèi)合金的零件來(lái)說(shuō)是較好的選擇。

圖3 閥芯噴焊合金圖

圖4 閥座噴焊合金圖

　　(5)閥座密封圈結構改進(jìn)：將閥座密封圈結構由進(jìn)口徑向密封圈改為金屬纏繞墊圈，采用哈氏C-276和石墨纏繞形成的墊圈密封，該密封圈所處位置位于內件節流位置，易損耗，需常備備件。長(cháng)期更換難免對用戶(hù)維修費用造成壓力，將密封圈結構更改后能夠獲得相同效果的密封性能，降低了使用成本，減小了用戶(hù)經(jīng)濟壓力。

　　(6)供貨閥門(mén)現場(chǎng)使用效果概述：該結構閥門(mén)供貨以后，安裝至現場(chǎng)管道上使用情況可總結為：使用時(shí)間較長(cháng)，可達3個(gè)月以上。能夠較好滿(mǎn)足用戶(hù)開(kāi)車(chē)日常生產(chǎn)。對用戶(hù)現場(chǎng)閥門(mén)維護人員進(jìn)行培訓，較好掌握配件更換操作，得到了用戶(hù)的好評。

5、國外該工況閥門(mén)情況介紹

　　5.1、國外用于蛋氨酸生產(chǎn)項目該閃蒸工況位置的閥門(mén)選型基本如下：

　　根據設計院管道設計情況，確定選擇適用于具有大壓差、大流量沖刷閃蒸工況的角型閥門(mén)。

　�、匍y體材質(zhì)：為保證閥體的壽命和使用效果，采用耐腐蝕性極好的鋯金屬Zr705，該材質(zhì)具有成功率相對較高的鑄造成型性，而且不易產(chǎn)生常見(jiàn)的氣孔、沙眼等鑄造缺陷。該材質(zhì)在使用介質(zhì)中存在極少量的水的情況時(shí)，即足以具備在表面形成一層耐腐蝕性極強的耐氧化保護膜。強度和耐蝕性?xún)?yōu)越。另外這種材料的可允許常態(tài)下補焊，而且焊后不需要再進(jìn)行熱處理就能保證良好的耐腐蝕性。

　�、陂y內件材質(zhì)：具有陶瓷物理性能的硬化處理后的材質(zhì)，具有硬度高、耐腐蝕、耐高溫特性。

　�、坶y門(mén)口徑：選型為DN40。(設計院設計計算書(shū)要求IN40/OUT80)，閥門(mén)出口接入閃蒸罐。

　　5.2、選擇該閥門(mén)用于上述閃蒸工況，具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

　　優(yōu)點(diǎn)：閥體耐腐蝕，內件硬度高、耐沖刷，使用壽命長(cháng)可達6個(gè)月。

　　缺點(diǎn)：成本高，國外壟斷，交貨期長(cháng)。

6、總結

　　當前隨著(zhù)國內蛋氨酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，耐閃蒸角型閥作為蛋氨酸生產(chǎn)的關(guān)鍵控制裝置，要求具有優(yōu)良的密封性能和抗閃蒸損壞能力。開(kāi)發(fā)設計和制造過(guò)程中，應該從閥門(mén)結構設計、材質(zhì)選擇、密封件材質(zhì)選擇方面進(jìn)行考慮，結合現場(chǎng)使用工況，努力達到設計工況使用要求。國內閥門(mén)生產(chǎn)企業(yè)應立志于拓展國產(chǎn)閥門(mén)使用領(lǐng)域，早日打破國外閥門(mén)在該產(chǎn)業(yè)壟斷局面。