蛋氨酸生產閃蒸工況角型閥門的研制
介紹了目前國內飼料級蛋氨酸生產項目閃蒸工況使用的角閥的現(xiàn)狀，重點介紹了研制過程中如何針對實際應用過程中出現(xiàn)的問題進行的改進設計，結合自身切實經驗，分別從閥門結構設計、內件材料選擇、密封件材質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的特點以及加工過程中能夠提高加工精度所需注意的問題，這些特點以及加工注意事項能夠較好的保證該類型角閥能夠適應飼料級蛋氨酸生產中的閃蒸工況要求。
近年來，我國經濟飛速發(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。我國的家禽養(yǎng)殖業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展勢頭良好，作為與養(yǎng)殖業(yè)和畜牧業(yè)息息相關的飼料業(yè)呈高速發(fā)展勢頭，隨之帶動飼料生產工業(yè)的發(fā)展。目前，作為家禽、牲畜重要營養(yǎng)補給的飼料級蛋氨酸的需求逐年增長，近幾年蛋氨酸市場價格波動較大，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口，因此國內發(fā)展飼料級蛋氨酸工業(yè)化產業(yè)市場前景廣闊。
目前，我國飼料工業(yè)所需飼料級蛋氨酸的生產量遠遠不能滿足國內飼料工業(yè)迅速發(fā)展的需求，每年都需大量進口。飼料級蛋氨酸工業(yè)化過程中，關鍵流程工藝也逐步被國內企業(yè)所吸收消化，工業(yè)化生產飼料級蛋氨酸的“軟件”(生產工藝)條件達到要求后，滿足軟件正常運行的“硬件”(工業(yè)裝備)也要達到要求。“硬件”中主要涉及到自動化儀表，閥門設備等，這些設備國產化的發(fā)展狀況很大程度決定了該項目的投入成本。與購買國外設備相比，更符合我國實際情況，投資大幅降低，經濟效益也將大幅提高。
1、工況介紹
國內某化工廠蛋氨酸生產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，具體使用工況參數(shù)：使用溫度：100℃;介質：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(shù)：FL=0.85。
2 閥門口徑確定
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(shù)C用式(3)計算：
Q=9.57m3/h
N1=1×10-1
ρ1/ρ0=1.05
流量系數(shù)C乘以修正系數(shù)得出計算Cv=3.89，確定的選型口徑為DN40，由于介質中存在顆粒，并存在閃蒸現(xiàn)象，因此選用擴大出口管道的方式，經計算DN80出口尺寸時可以使閃蒸對閥門損傷效果減小且經濟實惠。
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，就發(fā)生物流堵塞，即產生阻塞流。當阻塞流產生時，必然是有閃蒸、空化的發(fā)生，閃蒸和空化會對閥門造成一定程度的損壞，降低使用壽命�，F(xiàn)在較為廣泛的避免產生汽蝕的方法為：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，對于壓差較大的場合，可通過多級降壓，確保介質通過每一降壓段時的壓力不小于液體的飽和蒸氣壓。調節(jié)閥兩端壓差即為阻塞流壓差(ΔP/)，當ΔP<ΔP/時，即可避免閃蒸和汽蝕的發(fā)生。采用多級降壓時每一級降壓的實際壓羞△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生嚴重汽蝕現(xiàn)象。但是該工況又必須在閃蒸狀態(tài)下才能生成產品，所以要求該工況閥門具備一定抗閃蒸破壞能力又不能完全避免閃蒸，經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、所供閥門特點介紹
經多次與現(xiàn)場工藝人員交流，基于閃蒸產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行改進設計，結構圖見圖2。
圖2 角閥結構圖
結構特點如下：
(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，利用介質壓力作用于彈簧上，使得密封材質擴張，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合中。這種結構可以引起流體在小孔中的擾動，造成流體本身內部的互相碰撞，閥芯和閥座的通道內會有比較大的擾動。閥門上游的能量被流體互相碰撞產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有壓力恢復，可以極大程度減小氣泡形成區(qū)域的面積，使得下游增壓造成的氣泡破裂產生的沖擊不出現(xiàn)在閥體內壁，從而進一步減弱對閥體造成的損傷。
(4)閥內件材質及工藝改進：將閥內件材質在哈氏C-276基體上噴焊一層合金(見圖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(工況介質呈弱酸性，PH值為5.6～6.1)。合金噴焊時需保溫噴焊，噴焊時要求速度均勻，力求與哈氏C-276基體融合程度達到最高。噴焊后精車閥芯部件和閥座時，需注意設備選用以及切削參數(shù)和刀具的選擇，應在加工精度較高的數(shù)控車床上進行車削加工，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(shù)控成型刀片YG類。在選用此類刀片和切削參數(shù)時，對于加工噴焊此類合金的零件來說是較好的選擇。
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：將閥座密封圈結構由進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(jié)流位置，易損耗，需常備備件。長期更換難免對用戶維修費用造成壓力，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，減小了用戶經濟壓力。
(6)供貨閥門現(xiàn)場使用效果概述：該結構閥門供貨以后，安裝至現(xiàn)場管道上使用情況可總結為：使用時間較長，可達3個月以上。能夠較好滿足用戶開車日常生產。對用戶現(xiàn)場閥門維護人員進行培訓，較好掌握配件更換操作，得到了用戶的好評。
5、國外該工況閥門情況介紹
5.1、國外用于蛋氨酸生產項目該閃蒸工況位置的閥門選型基本如下：
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。
�、匍y體材質：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，該材質具有成功率相對較高的鑄造成型性，而且不易產生常見的氣孔、沙眼等鑄造缺陷。該材質在使用介質中存在極少量的水的情況時，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。強度和耐蝕性優(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行熱處理就能保證良好的耐腐蝕性。
�、陂y內件材質：具有陶瓷物理性能的硬化處理后的材質，具有硬度高、耐腐蝕、耐高溫特性。
�、坶y門口徑：選型為DN40。(設計院設計計算書要求IN40/OUT80)，閥門出口接入閃蒸罐。
5.2、選擇該閥門用于上述閃蒸工況，具有以下優(yōu)缺點：
優(yōu)點：閥體耐腐蝕，內件硬度高、耐沖刷，使用壽命長可達6個月。
缺點：成本高，國外壟斷，交貨期長。
6、總結
當前隨著國內蛋氨酸產業(yè)的發(fā)展，耐閃蒸角型閥作為蛋氨酸生產的關鍵控制裝置，要求具有優(yōu)良的密封性能和抗閃蒸損壞能力。開發(fā)設計和制造過程中，應該從閥門結構設計、材質選擇、密封件材質選擇方面進行考慮，結合現(xiàn)場使用工況，努力達到設計工況使用要求。國內閥門生產企業(yè)應立志于拓展國產閥門使用領域，早日打破國外閥門在該產業(yè)壟斷局面。
