1 概述
   以煤氣化為基礎(chǔ)的能源和化工系統(tǒng)正成為世界上高效、清潔、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和利用煤炭的熱點技術(shù)和重要發(fā)展方向。干煤粉氣化技術(shù)的關(guān)鍵在于干煤粉的加壓進(jìn)料。目前，一般采用煤粉間歇加壓下連續(xù)進(jìn)料的半連續(xù)加煤工藝。煤粉進(jìn)料通過常壓料斗與增壓料斗之間的鎖斗閥和平衡閥的周期隔離連接實現(xiàn)。由于鎖斗閥技術(shù)要求高，位置關(guān)鍵，我國早期干煤粉加壓氣化裝置采用進(jìn)口鎖斗閥。但進(jìn)口閥價格昂貴，制造周期長，零部件供應(yīng)不及時，故障會導(dǎo)致單爐停車，急需本地化。
   2 工況特點
   鎖斗閥輸送的介質(zhì)是N2 煤粉或CO2 煤粉，閥門開關(guān)頻繁，進(jìn)料周期為閥門開關(guān)頻率約30min一次。閥門需要雙向密封，在正反向雙向流動方向，最大壓差，以達(dá)到FCI70-2V等級密封要求。閥門內(nèi)部和流道的材料應(yīng)考慮耐固體顆粒介質(zhì)的沖擊、腐蝕和磨損。從全開開始，閥門開關(guān)速度快→全關(guān)或全關(guān)→全開時間為3~8s，確保閥門運動到位。鎖斗閥的公稱直徑一般≥NPS8，公稱壓力≥600磅。在高壓介質(zhì)的作用下，閥門密封面會形成較大的密封比壓力。同時，閥門在高壓下開閉，煤粉介質(zhì)摩擦阻力大，容易造成閥門堵塞。因此，閥門的實際開啟力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同一壓力下一般流體介質(zhì)的力矩。
   3 結(jié)構(gòu)設(shè)計
   鎖斗閥一般由用全徑金屬硬密封固定球閥，由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(圖1)。閥體采用全徑兩片式，材質(zhì)為ASTMA216-WCB，內(nèi)襯高強(qiáng)度雙不銹鋼S31803耐磨套。閥座為彈性金屬密封雙閥座，采用前閥座密封。兩個閥座可獨立切斷進(jìn)口介質(zhì)，實現(xiàn)雙阻斷功能。彈性金屬閥座采用彈簧加載預(yù)緊設(shè)計，可恢復(fù)和補(bǔ)償長期開關(guān)閥門的常規(guī)磨損、閥體內(nèi)的高溫?zé)崤蛎浐偷蜏乜s小，保證低壓時密封的可靠性。為了隔離彈簧和煤粉，避免煤粉沉積，保證彈簧長期有效工作，設(shè)置了柔性石墨密封圈和O形圈雙密封。

圖1 鎖斗閥

   閥桿采用防塵、防噴射設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計確保閥桿僅承受閥門的開啟和關(guān)閉扭矩，介質(zhì)的推力由上下支撐軸承擔(dān)，改善閥桿的力，確保閥桿能夠長期可靠地工作。球體和閥座采用自刮結(jié)構(gòu)，可自清潔球體表面，防止附著在球表面的煤粉嵌入密封面，確保閥門的密封和長期操作。增加吹風(fēng)機(jī)構(gòu)，防止煤粉在閥腔內(nèi)聚集。避免閥門旋轉(zhuǎn)時阻力增加和卡住。
   球體和閥座的基材為雙相不銹鋼ASTMA182-F51.噴焊鎳基合金用于密封面和流道，涂層表面硬度可達(dá)55~60HRC，使閥門具有更強(qiáng)的耐磨性、耐腐蝕性和耐擠壓性。除了承受扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和介質(zhì)壓力外，壓蓋和固定軸還被煤粉磨損。因此，在與滑動軸承的接觸面噴涂硬合金，并配備大剛度、大扭矩的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
   4 設(shè)計計算
   為保證閥門的密封性能、啟閉動作順暢、使用壽命長，計算校核鎖斗閥的密封比壓、最大開啟力矩和閥桿扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
   (1)密封比壓
   密封結(jié)構(gòu)為閥前閥座密封，雙閥座雙向密封。q為
   式中 DJH——閥座與閥體配合套筒外徑，mm
   DMN——閥座密封面內(nèi)徑，mm
   DMW——閥座密封面外徑，mm
   R——球體半徑，mm
   h——密封面投影寬度，mm
   φ——密封面中線與通道軸向夾角，（°）
   qMF——密封面必須比壓，MPa
   [q]——使用比壓密封面，MPa
   p——設(shè)計壓力，MPa
   qMF<q<[q]，為合格。
   (2)最大開啟力矩
   鎖斗閥處于關(guān)閉狀態(tài)，承受最大工作壓力，開啟時扭矩最大。它的扭矩MF為

   式中 MF——最大開啟力矩，N•mm
   MQG——球體與閥座密封面之間的摩擦力矩，N•mm
   MQG1-閥座對球體預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力矩，N•mm
   MQG2-介質(zhì)工作壓力產(chǎn)生的摩擦力矩，N•mm
   MFT——填料與閥桿間的摩擦力矩，N•mm
   MZC——軸承產(chǎn)生的摩擦力矩，N•mm
   qM——球體最小預(yù)緊比壓，MPa
   fM——球體與閥座密封面之間的摩擦因數(shù)
   fZ——軸承摩擦因數(shù)
   FT——閥桿與填料之間的摩擦，N
   dF——閥桿與填料接觸部分的直徑，mm
   ψ——系數(shù)
   bT——填料寬度，mm
   dQJ——軸承與支撐軸接觸部分的直徑，mm
   (3)閥桿扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度
   設(shè)計時，閥桿截面積的最小值應(yīng)在閥桿頂部與氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接處，即直徑d1進(jìn)行校核。

   式中 MM——閥門最大開啟扭矩MF氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的2倍或最大輸出扭矩，N•mm
   [τN]——材料的許用扭應(yīng)力，MPa
   ωS——斷面d1.抗轉(zhuǎn)矩斷面系數(shù)，mm3
   5 結(jié)語
   干煤粉氣化裝置氣化裝置中使用后，密封性能好，開關(guān)順暢，經(jīng)受了惡劣工況的考驗，基本滿足了使用要求。采用國產(chǎn)閥門不僅能有效保證裝置的穩(wěn)定運行，還能降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
   參考文獻(xiàn)
   [1]陸培文.第二版實用閥門設(shè)計手冊M2.北京：2007年機(jī)械工業(yè)出版社.
   [2]徐世森、張東亮、任永強(qiáng).大規(guī)模煤氣化技術(shù)1M2.北京：2006年化工出版社.