【原创】陶瓷阀门在乙炔电石渣浆的应用

氯碱化工是化学工业中最基本的技术，它广泛应用于化学工业、轻工业、纺织工业、冶金工业、以及公用事业等等领域。

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氯碱行业主要就是电解食盐水溶解制取烧碱、氯气和氢气的工业生产，是我国目前重要的基础化学工业之一，PVC是核心下游产品，而其中的乙炔制备工段是其三大核心工段最为基础的部分，国内70%普遍采用电石法工艺流程。

对于电石渣浆介质的关断和调节，一般的金属材质或衬塑阀门已经无法满足现场要求，长期的更换和检修无法保证工艺安全稳定地运行，进口陶瓷球阀可以很好地解决这类问题。

乙炔工段工艺简介
来自电石破碎系统处理的合格电石送入电石成品贮槽后，经斜螺旋输送进入电石加料斗，通过电磁振动加料器连续地加入发生器内，在发生器内电石遇水发生反应，水解反应的副产物电石渣浆含固质量分数约10% ，温度为75 ℃左右。经过密闭的管道溢流进入渣浆缓冲罐,压力为1 ~ 3 k Pa。
水解反应生成的粗乙炔气体由发生器顶部逸出，经喷淋预冷器及正水封后进入喷淋冷却塔，再经填料冷却塔进入气柜，或由压缩机压缩后经气液分离，去乙炔清净工序。
工艺流程如图1所示：

                               
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图1乙炔工段工艺流程

介质特点
电石渣浆的主要成分是氢氧化钙，主要成分见表。
它在水中溶解度较小, 并且随着温度的降低, 固体氢氧化钙微粒逐步从溶液中析出呈稀糊状, 流动性差, 此外电石中不参与反应的固体杂质 (如矽铁、沙石、焦炭等) 也混杂在浆液中, 致使浆料在停滞状态下极易生成板结状的固态混合物, 堵塞阀门或管道, 且其中含有的矽铁、沙石、焦炭等物质粒度较大, 硬度较大，极易对阀门造成磨损和卡涩。
因此, 基于介质的特殊情况, 阀门的选用存在很多问题。

                               
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电石渣浆主要成分



球阀在电石渣浆水位置的应用现状
技术问题1介质因素

由于渣浆水本身具有强碱性，长期使用电石渣浆水对阀门阀芯造成腐蚀，导致阀芯故障，加上阀门开关频繁，介质对阀门的腐蚀和磨损非常严重，经常会出现阀门内漏或者关不严的情况，严重影响了工况的稳定运行。

阀门长时间被电石渣浆水腐蚀导致阀芯转动不灵活，在出现紧急情况时不能及时关闭，有可能造成排空的危险。另外，电石渣浆中含有大量的矽铁石以及未能完全反应的电石块，容易造成球阀阀芯损坏，这在后续维修工作中不方便维修并且容易造成内漏。

2操作频率因素

在乙炔工段电石渣浆位置中阀门的操作频度相差很大。有的位置可能 1 个月甚至更长时间处于关闭或者打开状态而不进行操作。

与此相反，有的位置每小时要开关几次。

而有的流量调节阀，阀门的开关位置常常改变，甚至每分钟都在变化。动作频繁的阀门减少了结垢和沉积物引起故障的可能性，但是容易磨损。

3材料选择因素

该位置的阀门多采用表面喷涂或特殊金属材料阀门，但是电石渣浆位置的调节阀在调节过程中 , 流道的改变使阀内流体发生变化 , 介质流速高于与其连接的管道内的介质流速 , 阀芯处于严重磨损的工作环境中 , 再加之浆液的腐蚀性，这些材料的阀门往往不能长时间使用。

经济问题1
检修成本氯碱行业的生产过程中，阀门的消耗费用占产品成本的一部分，阀门储备所占用的资金，通常也占企业流动资金总额的很大部分。
由于乙炔工段电石渣浆位置工况环境苛刻，阀门的更换频率很高，这对于全套设备的安全运转和检修成本控制都是极为不利的，而且其潜在的紧急停机事故的危险性极大，造成的损失也是巨大的。

                               
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陶瓷球阀的解决方案

陶瓷球阀不仅可以使工业管道系统更加流畅，密封性能更好，还能使配套设备运行系统更加安全稳定，对环境保护、节能减排都将起到十分积极的推进作用。在技术创新日新月异的二十一世纪，国内外的行业从业者逐渐将注意力集中在陶瓷阀门，因此应用的领域也逐渐被拓展。

陶瓷阀门材料特性

随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术的发展，材料需要在比较苛刻的环境下使用，对材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能要求也越来越严格。
陶瓷材料具有优良的高强度、高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性以及低膨胀系数和质量轻等金属材料难以匹敌的特点，广泛应用于各个领域并发挥着越来越重要的作用。
表为陶瓷材料和钢材料基本性能的对比。

                               
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  陶瓷材料和钢材料基本性能的对比

1硬度
陶瓷材料属于脆性材料，硬度测量时，在压头压入区域会发生压缩剪断等复合破坏的伪塑性变形，因此陶瓷材料的硬度很难与强度直接对应起来，但硬度高、耐磨性好是陶瓷材料的主要优良特性之一。

莫氏硬度（Moh hardness）属于刻划法，一般适用于陶瓷及矿物材料。它只能表示硬度从大到小的顺序，顺序高的材料可以划破顺序低的材料表面，但不能给出具体硬度值。早期的标准将莫氏硬度分为10级，而新标准则划分为15级顺序，如表所示。

                               
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莫氏硬度顺序


2断裂韧性
陶瓷的断裂方式为脆性断裂，所以陶瓷材料的裂纹敏感性很强，基于陶瓷的这种特性，断裂力学性能是评价陶瓷材料力学性能的重要指标，最普遍用来评价陶瓷材料的断裂力学参数就是断裂韧性（KIC）。
如果要使陶瓷的特长得到充分发挥，扩大实际中的应用，就必须想办法大幅度提高和改善陶瓷的韧性。表为陶瓷材料的韧性值。

                               
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陶瓷材料的韧性值

陶瓷阀门结构特点

氯碱行业的乙炔工段需用大量的阀门，只要了解工艺的特点, 根据装置各系统的特点合理选择阀门的类型, 解决阀门结构设计问题, 选择适宜的材料,就能提高其耐磨损和耐腐蚀性能，延长设备的使用寿命，保证工艺的运行稳定。

O型切断阀

对于切断阀，其流道与球芯多为O型，对流体进行开关控制，气动型陶瓷球阀由限位器、电磁阀、过滤减压阀、陶瓷球阀、气路等构成。
进口陶瓷开关球阀，O型球芯与阀座密封面粗糙度可以达到小于0.1μm，陶瓷球芯与阀座之间密封等级可以实现高于金属球阀。
另外，陶瓷球芯与阀座有自研磨性，启闭扭矩小，高抗腐蚀性能等优点。内衬陶瓷流道与阀体之间的金属部分完全隔离，针对应用腐蚀性与纯度要求高的介质工况等，具有良好的表现。  

                               
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V型调节阀
对于调节阀，多选用进口V型球阀，这种阀门由执行机构与V型阀体二部分组成。
阀内件采用特种陶瓷。V型开口球与阀座之间具有剪切作用，当介质中含有纤维或固体颗粒时，球体不会卡死，仍保证良好的密封性和调节性。
V型球阀的流量特性为等百分比流量特性，在小开度时流量变化小，可以保证调节的精确性以及阀门工作的稳定。
特种陶瓷，有很强的抗磨蚀性能，流通路径也有特种陶瓷内衬，可防止流体直接冲刷，延长阀门寿命。
目前常用的进口陶瓷球阀品牌有：Samson旗下的cera system、美国flowserve、美国GE旗下的masonielian、芬兰metso、美国SSZ。





腐蚀磨损
进口结构陶瓷具有良好的化学稳定性，几乎不与强酸强碱发生反应，而且具有较高的硬度，能抵御高硬度颗粒物介质的磨蚀。
这些优良的化学与物理特性，保证了进口陶瓷球阀不仅能有效的抵抗强烈的腐蚀，而且在恶劣工况中能保持阀门的内部结构不因磨损损坏导致阀门开关失效，出现内漏和外漏的情况。
使用寿命短
进口陶瓷阀门的使用寿命能达到金属阀门的6~8倍，减少了现场停机和阀门更换的次数，不仅提高了生产效率，而且还降低了人工维护的次数和成本，有效地延长了阀门的使用寿命。
检修成本高
进口陶瓷阀采用进口结构陶瓷材料制作阀门的密封部件和易损部件，提高了阀门产品的耐磨性、防腐性及密封性，**延长了阀门的使用寿命。
进口陶瓷阀门的使用可以**降低现场的维修更换次数，提高配套设备运行系统的安全性、稳定性，节约设备修理费用。

核心还是材质，结构大同小异

国产跟进口除了贵还是贵吗

谢谢分享

了解了解

现在国产的陶瓷阀价格优势明显，不过质量还是不如进口的品牌。

lqstal 发表于 2020-03-05 14:36
现在国产的陶瓷阀价格优势明显，不过质量还是不如进口的品牌。

机构已经完全没有难度了，重点是材料和细节

lqstal 发表于 2020-03-05 14:36
现在国产的陶瓷阀价格优势明显，不过质量还是不如进口的品牌。

是的，材料和工艺