1、概述

　　有機硅單體合成硅粉用閥的磨損是有機硅生產企業的一大難題，尤其是在旋風下料、回料及放空位置，進口耐磨球閥壽命一般少于6個月，國產耐磨球閥壽命少于1個半月，影響了系統的穩定運行和企業的經濟效益。本文介紹一種新型特殊耐磨閥——盤閥。盤閥在同樣工況的使用壽命可以達到2~3a，是有機硅單體合成和硅化工耐磨閥的首選。

2、分析

2.1、工況條件

　　應用于旋風下料和回料工況的球閥(圖1)，壓力0.7MPa，溫度280°C，輸送介質硅粉、甲基氯硅烷和其他高沸物，開關頻率4次/h，顆粒尺寸200目，介質硬度62HRC。此工況存在交變壓差，要求閥門雙向密封，一般采用硬密封球閥實現快速開關。為了抵抗硅粉的磨損，球體和閥座選擇WC或Cr3C2進行表面處理，處理后的表面硬度一般≥67HRC。

圖1 球閥

　　2.2、損傷

　　一臺應用于合成硅粉旋風下料位置5個月的球閥拆卸后檢查，其球體(球體材料為410SS，硬質合金為WC)的硬質合金層受到腐蝕并剝落(圖2)。分析其原因，硅粉和甲基氯硅烷不具有對硬質合金的腐蝕性，但是甲基氯硅烷遇到水，會分解出氯化氫，產生氯離子，對球體和閥座的基體產生腐蝕。有機硅單體合成是間歇性生產，為了保證生產的長周期和高效性，每次停車對系統和管道進行吹掃和清洗。另外，停車期間，空氣中的水會進入系統，系統中殘留的氯硅烷與水接觸產生氯離子。由于氯離子對WC合金和410SS及奧氏體不銹鋼304和316等具有很強的腐蝕性，所以很難有高性能和價格適中的材料可以選擇。

圖2 球體的硬質合金層剝落

　　Cr3C2可以抵抗氯離子的腐蝕，所以有的進口球閥選用Cr3C2處理球體和閥座。但是，Cr3C2在干燥系統的抗粘結能力很弱。對于有機硅單體合成工況，閥門要求頻繁開關，球體和閥座無法承受頻繁開關導致硬質合金之間的微焊接現象，造成閥門開關卡塞，并拉傷硬質合金層(圖3)。

圖3 球體和閥座拉傷

　　球體和閥座表面的WC和Cr3C2硬質合金層均采用超音速噴涂技術處理。由于硬質合金與球體和閥座基體材料之間的粘結力較低及腐蝕和頻繁開關導致的交變應力等原因，造成了硬質合金層的剝落。

　　合成硅粉旋風下料和回料時，閥門開啟壓差0.3~0.4MPa。合成硅粉放空時，閥門開啟壓差為0.6~0.7MPa。硅粉在高速氣流的帶動下，迅速釋放，并沖刷球體和閥體，由于球體的硬質合金層已經剝落，其基體硬度只有21HRC，從發現泄漏到出現大的缺陷往往只需1~2d時間。

　　2.3、其他原因

　　引起球閥損壞的其他原因還存在高溫、閥體腐蝕及流通通道穿孔等。另外閥門在開關的過程中，介質必然會進入閥的中腔，隨著中腔物料的積累，閥門的開關扭矩變大，尤其是超細硅粉的堆積，最終導致閥門的損壞。

3、盤閥

　　經過分析，對于有機硅單體合成的旋風下料、回料及放空的切斷閥選擇球閥是很難解決其壽命的問題。盤閥(圖4)在硅粉輸送管線的使用上具有明顯的特性。

圖4 盤閥

　　(1)驅動裝置通過閥桿與搖臂使閥盤(閥瓣)轉動一定的角度實現閥門的開關。閥盤密封面借助彈簧與閥座緊密貼合，彈簧壓力始終使閥盤緊密貼合在閥座上，又允許閥盤在密封面的垂直方向上有位移。這有助于補償閥門零件由熱脹冷縮而引起的變形和多次開關后產生的微量磨損，克服任何背壓變化對密封的影響并能防止顆粒介質進入密封面之間。在盤閥啟閉過程中，閥座密封面對閥盤在切線方向上的摩擦力之差，使閥盤在一個啟閉循環過程中產生自轉并可以不斷剪切與清掃在工藝過程中有可能堆積在閥腔內的介質。

　　(2)整體燒結式閥盤、閥座硬度高，有良好的耐沖刷性和耐腐蝕性。具有自旋轉結構的閥盤不但可達到與閥座的自研磨作用，增強密封面的自清潔性能，并且在開關過程中可剪切物料，保留了較為可靠的刮削設計。可在使用中持續達到ANSIB16.104Ⅵ級密封要求。

　　(3)閥盤密封面為碟簧正壓力補充，保證閥門在設計允許的壓力內提供足夠的密封預緊力，防止物料進入密封面造成表面損傷，影響密封性能。

　　(4)閥桿采用防噴設計，保證了閥門在高壓場合使用的可靠性。閥桿與軸套用柔性石墨潤滑，解決了高壓閥門開關時存在的啟閉扭矩過大的問題，閥門在操作使用過程中的安全性也得到了保障。

　　(5)填料處的彈簧補償設計能保證在溫度及壓力波動的情況下，給予填料必須的補償力保證密封。其次，也能滿足長期對外漏的密封性能要求。

　　(6)閥門內件根據工藝要求的不同，可設計為表面特殊處理。例如選用硬度高，耐沖刷性能好的材料或采用內件表面硬化處理的方式提高耐磨性。

　　(7)閥門選擇較大輸出力的執行機構，保證在閥門內部出現少量堆積時不影響閥門正常動作到位。

　　經多個工位及項目使用證明，國產盤閥可達到現階段硅粉下料裝置的工藝要求，滿足使用工況。但國產盤閥也存在一定的缺點。①由于執行機構較大，閥門的操作元件及相應的傳動部件尺寸增加。因此，整機的自重和外型尺寸略大于同工位使用的進口閥門。②為保證閥門在使用過程中能夠達到密封面刮削和剪切物料的作用，閥盤采用回復力較大的碟簧。因此，開關時所需力矩大于進口閥門。

4、結語

　　進口球閥與盤閥價格貴，制造周期長，零配件供應與售后服務不及時，維修不方便，發生任何微小故障都會造成設備停車，給生產單位造成巨大浪費。國產盤閥是針對硅粉下料工位特殊設計，尤其針對使用中出現的問題選用了新的結構和材料，因此在使用周期上也優于進口閥門。隨著硅化工工業的發展，盤閥將被越來越多的用戶使用。

參考文獻

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