锁渣阀的结构特点

　　锁渣阀是以阀门在实际工况中应用对象来命名的一个开关型金属硬密封球阀，也称之为锁斗阀。是煤化工气化炉水煤浆加压气化装置和干煤粉气流床加压气化装置上最重要的一个阀门组。锁渣阀用来控制气化炉的排渣程序，承受高压、高温渣浆的磨损，冲蚀和腐蚀，且开关频繁，要求密封。

　　以德士古工艺水煤浆加压气化装置排渣系统为例，其流程如图1所示。炉内压力2.7～8.5MPa，煤渣经破渣机粉碎为直径3～50mm固体颗粒，约占50%，其余为渣水，含氯离子及硫化氢、氧化镁、氧化铁、三氧化二铝等腐蚀性介质，温度为270℃，开关的频率为30min一次，对于一个日投煤量750t的装置，每小时排放煤渣约10578～13700kg。

图1 锁渣阀煤气化装置中的应用

　　锁斗的上面有两个锁渣阀，称为上锁渣阀A和B，与气化炉激冷室相连，锁斗下面有一个锁渣阀，称为下锁渣阀C。A锁渣阀平时处于开启状态，在线备用。当B锁渣阀故障时投入使用，或者气化炉激冷室液位过低引起气化炉安全系统联锁动作时，A锁渣阀亦联锁关闭，防止气化炉工艺气窜入锁斗。B锁渣阀开启时，渣浆收集至锁斗，30min后自动关闭。下锁渣阀C开启，与大气相通，渣浆排入渣池。然后关闭下锁渣阀C，开启上锁渣阀B，完成一个循环。气动锁渣阀要求的动作时间为3～8s。锁斗阀的压力等级一般为Class300，Class600，通径NPS12～ 16，温度140～270℃。

　　最早将硬密封球阀用作锁渣阀的是Neles公司C2系列的金属硬密封球阀。是一个中间剖开的左、右对称的碳钢阀体，中间是一个带柄的球体，固定球结构，采用一组用波纹管状弹簧加载的浮动金属密封座，在球体通道内和左右阀体通道内各衬有耐磨材料的金属，以此减轻渣浆对阀体磨损，并可修理更换，同时防止渣粒落入波纹管状的弹簧内，而破坏阀门的密封性能。由于阀杆与球体是一体化设计，不存在阀杆与球体分体连接中存在间隙的情况，而且这一间隙会对于大转矩阀门因使用次数的增多而扩大，造成开关位置的偏移。在实际使用中这种阀门的使用寿命大约在2～2.5万次。其结构如图2所示。

图2 锁渣阀Neles公司C2系列的金属硬密封球阀

　　其他用作锁渣阀的有德国Perrin公司的单阀座固定球球阀，阀杆与球体连接部位的断面为方形，在阀门腔体与密封座之间采用外部高压水冲洗，来改善其工作性能。由于球与阀杆不是一体化设计，可能造成开关位置的偏移，而产生不正常的冲刷和磨损，球体表面的涂层与阀座容易被冲蚀和脱落，这种结构已很少被认可。

　　美国Mogas公司的锁渣阀则是一个浮动球球阀，是一个单向流动的阀门，出口端阀座被锁定在阀体上，并具有刮削球体表面渣浆的效果，进口端阀座则是有一个碟形弹簧加载，球体表面喷涂碳化钨，硬度70HRC以上，阀座是司太立合金堆焊，阀体的通道衬有耐磨的合金套管。这种结构的特点是密封性能可靠，而操作力矩较大。如图3所示。

图3 美国Mogas公司的锁渣阀

　　国内在维修进口Neles锁渣阀的基础上，吸收中间剖分阀体结构，带柄球一体化设计的优点，采用由InconelX-750弹簧钢丝绕制的螺旋弹簧加载外部用橡胶套保护，防止渣浆进入，阀座与阀体间的密封采用多组石墨填料，并在球体和进出口阀体通道用耐磨金属保护套，外部采用高压水对阀腔和阀座进行清扫。阀座的密封采用宽带设计，自刮削式结构。球体采用不锈钢表面喷涂碳化钨，提高抗刷性、耐磨、耐蚀性能，已成功替代进口锁渣阀。