一种带导向分布结构的防结焦及磨损的楔形弹性单闸板阀的制作方法

本发明涉及一种石化/煤化工艺油煤浆介质的专用楔形弹性单闸板阀，尤其是一种带导向分布结构的防结焦及磨损的楔形弹性单闸板阀，属于重油输送管道配件类。

背景技术：

1、油浆、煤浆是催化裂化、催化裂解、煤炭焦化等石化和煤化生产过程中的中间产物或产品，属于重油范畴。

2、石化工业中的油浆会携带一定量的具有反应活性的催化剂固体颗粒，由于油浆中所含具有反应活性催化剂固体颗粒的事实，是由石油化工生产工艺所决定的、是无法避免的。所携带催化剂成份为si、al元素为主的化合物，是一种具有高硬度和不规则外形的固体颗粒，固体粒度主要分布在100μm以下，含量受生产工艺和操作水平影响略有不同，正常情况会低于6g/l；因此，油浆流经的设备和管线、管件须能承受这些催化剂颗粒冲刷和磨损的性能。

3、同样，石化工业中的油浆也是一种多组份重油、含沥青质和胶质等的混合物。煤化工中的煤浆和过程重油则是高碳及高颗粒含量的混合油料。生产过程中，油浆和煤浆极易脱碳结焦。油浆煤浆(以下简称油煤浆)料中混合着的碳化结焦颗粒物，会在流经的管道内壁和不规则的低流速位置产生沉淀、附着和聚集，因而在金属表面形成坚硬的焦块，并在此基础上继续加重结焦，阻挡被输送的浆料顺利流过。若结焦发生在阀门的运动结合部、阀道和阀杆腔内，则会直接导致阀门无法正常开启或关闭。

4、油煤浆料介质系统一旦出现局部泄漏或在系统设备管件需要维修时，都必须通过阀门可靠切断流程、待其内部的油煤浆料介质温度降到自燃点之下后排出，才能获得维修条件。因此，阀门可靠关闭是油煤浆料系统安全的基本保障。

5、由于油煤浆料的这一性质特殊，使得石油化工或煤炭化工生产中的油煤浆料系统的阀门都存在着以下两类典型问题：

6、一是：由于阀芯和阀座被油煤浆料介质冲刷磨损会导致阀芯与阀座之间密封失效；

7、二是：由阀体内的催化剂沉积或结焦，阻碍阀芯运动，导致阀门关闭阻力大增或关闭不严。

8、针对上述问题，现有技术提供了一些相应的解决方案，其中，阀门抗磨方面有中国专利cn202152727u提出的“油浆泵口专用阀”，其技术要点在于：阀座的油浆通道壁上、阀座与闸板的接触面上、闸板与阀座的接触面上都喷涂硬质合金层；中国专利cn200952484y提出的“高温耐磨油浆泵阀”，其技术要点在于：阀体内腔及闸板中间凹窝增加衬里、阀体的阀座和闸板之间的密封面上均堆焊硬质合金，使阀门的耐磨损性能得到提高，增加阀门的抗冲刷性；中国专利cn204226699u则提供了“一种带吹扫机构的楔式闸阀”；类似通过吹扫清理阀座和闸板之间密封面、降低阀门启闭阻力的技术还包括中国专利cn2795576提出的“带吹扫阀的闸阀”、中国专利cn203926884u提出的“卸灰排渣球阀”、中国专利cn202867909u提出的“一种煤化工用带吹扫、冲洗装置的锁渣、锁斗阀”等。

9、具体这些技术措施的参考资料细节如下：

10、中国专利文献cn202152727u(申请号：2011202209865)提出的“油浆泵口专用阀”，包括对阀体，阀座的油浆通道的道壁上，在阀座与闸板的接触面上，在闸板与阀座的接触面上都喷涂有硬质合金层增加抗磨性。

11、中国专利文献cn20095248(申请号：2006201359328)提出的“高温耐磨油浆泵阀”，在阀体内腔及闸板中间凹窝增加衬里，在阀体的阀座和闸板之间的密封面上均堆焊硬质合金，密封面堆焊硬质合金的厚度≥2mm。由于在易冲刷部位增加了衬里，且采用了特殊的加固型衬里方式，使阀门的耐磨损性能得到提高，增加阀门的抗冲刷性。

12、一些阀门技术提出了通过吹扫清理阀内的阀芯和闸座之间密封面，降低阀门的启闭阻力。

13、中国专利文献cn204226699u(申请号:2014205966945)提出的“一种带吹扫机构的楔式闸阀”，阀体上设有进口管道、出口管道以及位于进口管道、出口管道之间的阀座，所述的楔形闸板可升降活动地设置于阀座内，且该楔形闸板的上端与阀杆固定联接配合，所述的阀体相对阀座的底部设置有第一吹扫机构，该第一吹扫机构包括有设置于阀体上并与阀体内腔相通的第一吹扫孔，该第一吹扫孔的外端密封联接的第一吹扫进管，所述的第一吹扫进管上设置有用于控制第一吹扫进管启闭的第一吹扫控制阀。本实用新型的优点是能对楔形闸板密封面处的污物进行清洁，并降低启闭阻力。

14、中国专利文献cn2795576(申请号：2005200719567)提出的“带吹扫阀的闸阀”，在阀盖上侧和阀体凹坑处分别设有吹扫阀，可以在阀门安装状态下，从阀盖上的吹扫阀通入高压水或蒸汽，从阀体凹坑处的吹扫阀排出，实现在线清除阀体凹坑内的渣质。

15、中国专利文献cn203926884u(申请号：2014203291659)提出的“卸灰排渣球阀”，在球阀的阀体上设有吹气通道，所述吹气通道伸入后通道内，吹气通道的吹气出口朝向阀芯，安装在工业管道末端或工业设备上，用于定期排放沉积的灰粉；带吹扫孔，能有效清理阀腔内的灰粉。

16、中国专利文献cn202867909u(申请号：2012205087239)提出的“一种煤化工用带吹扫、冲洗装置的锁渣、锁斗阀”，在阀体上固定连接有吹扫装置以及清洗装置，阀杆轴颈处、上下轴承套内圈，均喷涂wc和ni 60，阀体衬套表面、阀座表面、球体内壁，均喷涂碳化钨wc。可以对轴承套与阀杆之间的间隙进行吹扫，还能对阀体腔进行清洗，避免了阀门卡死现象的发生，且有更好的耐磨性，耐腐蚀性，延长了使用寿命。

17、以上已有技术的共同特点在于：通过喷涂、堆焊高强度合金材料或是增设耐磨衬里来增强阀门抵抗流体介质冲刷磨损能力，或者从阀体的固定接口引入外部高压水、蒸汽或气体来吹扫阀门内部存在阻碍阀门部件运动的物质，抑或从阀体接口排放出阀内沉积的灰粉物质，这些技术应用在普通浆料或粉尘介质系统中的阀门上确实具有一定的效果，但是，对于性状特殊的石化和煤化工中的油煤浆料介质，上述技术尚有不足，特别是采用压缩气体、蒸汽和高压水体的接入等技术手段，均为禁止吹入油煤浆料内的物料，所以，通过引入上述物料进行吹扫清理的技术无法在油煤浆输送中应用；而且，由于油煤浆料在生产过程中的温度范围内具有很强的脱碳结焦倾向，即参与化学反应的浆料易碳化结焦，会在阀门腔体内表面形成坚硬的强附着力焦质结块，故仅对阀内密封面吹扫其收效甚微。

18、综上所述的这些技术对用于浆料和粉尘介质的阀门具有一定的效果。但是油煤浆的物理化学性质特别，在生产加工过程中具有显著的三个特点：一是油煤浆中含有坚硬的固体颗粒，对所流经的管道设备表面造成冲刷和磨损破坏；二是油浆在工艺生产过程所处的温度范围内具有很强的脱碳结焦倾向，即化学反应的烃脱氢碳化，在流经物体表面与催化剂颗粒形成坚硬的焦质结块；三是油煤浆以流体形态存在，其工作温度已经处于自燃点之上，若泄露到空气中即可发生剧烈燃烧。由于油浆系统的特殊性，近四十年油煤浆输送工艺上曾采用过单闸板闸阀、双闸板闸阀、三偏心蝶阀，甚至采用两道阀串联以确保关键时刻可以安全切断，但是实际使用上均存在闸板阀座磨损导致关闭不严而内泄漏，以及阀内出现结焦阻挡了闸板运动而关闭不严。

19、为了切实解决油煤浆输送过程中存在的上述缺陷，本技术人提出了专利号为cn206522464u的“一种防止阀内结焦的油/煤浆专用楔形单闸板阀”。它是针对油煤浆的化学性质和物理特征，通过特有的设计结构的阀门与油煤浆介质所在的化工工艺相结合，消除阀内结焦的必要条件，消除阻碍阀门关闭的阀内固体沉积物，实现预防阀内结焦。

20、其创意的核心在于：

21、1、通过在阀上部阀腔和下部阀道设置多个创新结构的注入口，把从外部引入压力高于阀内油煤浆介质压力，且不易结焦又不影响油煤浆质量的清洁油品。具体技术措施是：经阀盖上的设置的上注入阀向阀杆腔内注入油品实现吹扫和置换，使阀腔内的油煤浆被稀释和置换，最终混合流进入阀门下游的管道；由于阀腔内油煤浆被注入油品稀释和置换，便是消除了在阀内腔结焦的必要条件，实现预防结焦目的；

22、2、经阀体下部的设置的下注入阀向阀道内注入油品实现吹扫和置换，带压注入的清洁油品冲刷清理了阀道和阀腔等易积存渣滓等沉积物的部位，将沉积物清除并混入流经阀门的油煤浆，阀内沉积物被清除带走，使阀门开关顺畅，闸板关闭到位，切断可靠，延长阀门检修周期和使用寿命。依托该中国专利cn206522464u经过技术转化和产品标准化(产品企业标准：油浆专用阀q31/0115000494c003-2018)，生产制造的油浆专用阀在十余套新建的化工装置或技术升级改造的化工装置投入使用，工业应用验证了专利cn206522464u技术结构正确性和实用性，同时也暴露了技术应用中还是存在一定的局限性；存在以下问题：

23、1)当注入油品与阀内油煤浆介质之间压差过高时，或阀门规格/口径较小(≤dn300 mm)时，注入油品进入阀杆腔后会夹带油煤浆中的固体颗粒在阀杆附近形成严重的旋涡冲刷，在如图2[表面受冲刷段阀杆5a]的表面形成周向磨损和局部冲刷磨损。由于阀门开关操作时需同步执行的油品注入操作，所以阀门在长周期工作中，或者一个阶段频繁操作阀门后，累积的磨损效果就会在表面受冲刷段阀杆5a的表面显现，尤其是阀门处于全开状态时，表面受冲刷段阀杆5a处于阀门的阀杆密封函c位置，导致长周期使用的阀门存在阀杆密封渗漏或外漏风险。

24、2)阀门长期使用会在阀盖内穹顶区域逐渐结焦附着现象，使闸板在阀门全开时受到附着物阻挡而无法被完全提升到阀杆腔a中，即阀门全开时闸板3底部会暴露在高速流动的阀体流道d中受到油煤浆介质高速冲刷，导致闸板底部磨损。

25、3)此外，由于阀座8、阀体2与闸板7的边沿合围形成的阀道腔b狭窄，即阀道腔b截面狭窄，不仅导致阀体下部的注入油品量不足，对阀道沉积物的吹扫置换效果受限，也使阀杆腔内沉积物和置换浆料效果受限。

26、因此，提出一种既能减少进注入阀腔内油品夹带油煤浆中颗粒对阀杆和阀腔内零件造成冲刷磨损、又能减少阀内件被介质磨损和提高对阀腔及阀道内沉积物的吹扫置换效果的新型楔形弹性单闸板阀就成为本领域内期望解决的技术课题。

技术实现思路

1、本发明的目的：提出一种既能够有效消除阀腔内结焦条件、清除阀内壁结焦和阀道内沉积，有效防止阀门开关不到位导致的性能故障和闸板磨损，同时又能够减小油品注入后夹带油煤浆所含颗粒物对阀体内腔和阀杆冲击磨损的一种带导向分布结构防结焦及磨损的楔形弹性单闸板阀。

2、这种带导向分布结构的防结焦及磨损的楔形弹性单闸板阀，包括法兰1、阀体2、阀盖3、阀架4、阀杆5、阀杆密封套6、楔形弹性闸板7、阀座8、阀杆密封压盖9、闸阀开阖机构10、以及分别设置在所述阀盖3盖体上的油品上注入结构11和设置在阀体2下部的油品下注入结构12；所述阀体2与所述阀盖3配合在阀内围合形成阀杆腔a，所述阀体2在其下部与阀座8形成凹型阀道结构；其特征在于：所述的楔形闸板7的周边弧面板体上设有一圈垂直于弧面的环状u型凹槽e，由该楔形闸板上的环状u型凹槽e与阀座8及阀体2下部的凹型结构合围形成阀体内的环状阀道腔b、并经该环状阀道腔b与阀杆腔a连通形成阀体2的整体阀内腔；所述的油品上注入结构11由油品上注入阀11b、油品上注入管嘴11a和导向分布管嘴13连接构成，所述的导向分布管嘴13与油品上注入管嘴11a构成适应于不同规格阀体内腔使用的偏转角α和安装角β。

3、进一步地，所述的楔形弹性闸板7的周向边沿有表面平滑的环状u型槽e，u型槽底直径dm与阀门公称直径dn、公称压力pn和闸板材料弹性模量ε呈函数关系：

4、dm＝f1(dn,pn,ε)＝κ1·dn

5、其中100≤dn≤1000mm，系数κ1取值范围0.52～0.92。

6、进一步地，所述的导向分布管嘴13的喷嘴出口流道宽高比为：λ＝w/h，与阀门公称直径dn，以及注入油品压力与阀内油煤浆介质压力的压差δp呈以下函数关系：

7、λ＝w/h＝f2(dn,δp),取值范围2.0～3.0

8、管嘴出口截面积sout与阀门公称直径和管嘴入口流通截面积sin呈以下相关关系：

9、sout＝f3(dn,sin)＝k2·sin

10、其中：公称直径dn<300mm时，系数k2＝2；公称直径dn≥300mm时，系数k2＝1。

11、进一步地，所述导向分布管嘴13受偏转角α和安装角β控制，在依阀盖3上的任一油品上注入点为原点，该点在阀盖弧面的切面为x-y平面，x轴与阀杆垂直，y轴与阀杆处于同一平面，z轴与油品上注入管嘴11a的中心线重合的三维直角坐标系xyz中，导向分布管嘴13的油品喷出方位fout与z轴夹角为偏转角α，是控制经导向分布管嘴吹扫阀腔内壁角度的技术参数，也是制造导向分布管嘴13的零件的规格参数；相应地，油品喷出方位fout与阀盖内壁切面间夹角为吹扫角δ＝α-90°，为锐角；导向分布管嘴13的油品喷出方位fout在x-y平面投影线fxy-out与x轴夹角为安装角β，是控制吹扫范围技术参数，也是导向分布管嘴13的安装方位参数；所述偏转角α、安装角β与阀门公称直径dn，注入油品压力与阀内油煤浆介质压力的压差δp呈以下函数关系：

12、偏转角安装角(α,β)＝f4·(dn,δp)

13、进一步地，所述油品上注入结构11有1～n个；当n≤4，优先按油品上注入点h、i、j、k顺序布置在阀盖3上，当n≥5，按包含油品上注入点h或i之一,其余在阀盖3上均匀布置。

14、进一步地，所述的油品下注入结构12由油品下注入管嘴12a和油品下注入阀12b组成。

15、进一步地，所述油品下注入结构12有1～n个；当n为奇数，按包含油品下注入点g，其余对称均匀对称分布在阀体2下半部的阀道区域阀体上；当n为偶数，油品下注入点对称均匀分布在阀体2下半部的阀道区域阀体上。

16、进一步地，所述油品上注入阀11b、油品下注入阀12b为手动控制阀、电动控制阀、气动控制阀、液压控制阀中的任意一种。

17、进一步地，所述闸阀开阖机构10为手轮、电动执行器、气动执行器、液压执行器中的任意一种。

18、这种带导向分布结构的防结焦及磨损的楔形弹性单闸板阀，其防止阀腔内结焦及磨损的方法如下：

19、当阀门开启或关闭时，同步启动设于阀体2上、下部设置的油品上注入机构11和油品下注入结构12，所述的外注油品经组成油品上注入机构11中的导向分布管嘴13喷出、并以和阀体内壁间形成的锐角吹扫角度喷向阀体内壁、使其沿着阀体内壁呈螺旋状态向下运行、实现清除阀杆腔内的挂壁附着物和逐步从阀腔内壁到阀腔中心驱赶阀腔内的浆料，直至进入阀杆5提升后开启的阀体流道d内，在注入油品下行过程中完成对阀杆腔和阀体内表面结焦物的清除和对阀杆腔内浆料介质的置换；与此同时，随着设于阀体2底部上的油品下注入结构12的启动，经组成油品下注入结构12的油品下注入管嘴12a喷出的外注油品流，通过楔形弹性闸板7上设置的环形u型腔e快速将整个阀道腔b中的沉积物和结焦物清除，并通过楔形弹性闸板7运动开启的流道吹扫进入阀体流道d中；楔形弹性闸板7上设置的环形u型腔e与阀杆腔a连通，也确保来自阀杆腔内吹扫附着物和置换的浆料经环形u型腔e快速排入阀体流道d中；由此实现整个带导向分布结构对阀体内的全部防结焦及磨损的维护。

20、根据以上技术方案提出的这种带导向分布结构防结焦及磨损的楔形弹性单闸板阀，具有以下特点：

21、1、通过楔形闸板环状u型槽结构，使阀板边沿周向密封面部位因悬臂结构而呈现弹性特征；不仅提高了密封面压紧的自适应性能、而且u型槽导流通道还能增强注入阀内腔油品的置换效率和吹扫清除阀道沉积物的效果。

22、2、通过带导向分布管嘴的油品上注入结构的使用，既可以避免注入油品夹带油煤浆所含颗粒物对阀杆的直接冲刷性磨损，有效提高对阀体内腔壁的冲刷清除效果，提高注入油品置换阀腔中油煤浆料的效率，同时还能提高该油品上注入结构的适用性能。