一种TRT系统插板阀

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)秦冶重工有限公司 作者:翟耀文

  介绍了新型插板阀结构特点和工作原理,以及在TRT系统的应用。

一、前言

  在冶金行业中,插板阀安装在高炉煤气除尘系统的煤气管道以及高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置(Top gas pressure recovery turbine,TRT)上,用作煤气切断用。因煤气有易燃易爆特性,故要求管道所采用的插板阀具有可靠的密封性,以保证系统的安全。

二、TRT系统介绍

  TRT高炉煤气余压透平发电装置(如图1所示),是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能,使煤气通过透平膨胀机做功,将其转化为机械能,驱动发电机或其他装置发电的一种二次能源回收装置。该装置既回收减压阀组泄放的能量,又净化煤气,降低噪声和稳定炉顶压力,改善高炉的生产条件,不产生任何污染,可实现无公害发电,是现代国际、国内钢铁企业公认的节能环保装置,TRT技术有广阔的发展前景。

  TRT装置由透平主机、大型阀门系统、润滑油系统、液压伺服系统、给排水系统、氮气密封系统、高/低发配电系统和自动控制系统八大部分组成。高炉产生的荒煤气经重力除尘、净化除尘后,经过TRT的入口蝶阀、入口插板阀、紧急切断阀和可调静叶进入透平膨胀做功,透平带动发电机发电。膨胀做功后的煤气经过出口插板阀、出口蝶阀,送到减压阀组后的煤气主管道上。这样,TRT与减压阀组就形成并联关系,实现对高炉顶压的控制。在入口插板阀之后、出口插板阀之前,与TRT并联的地方,有一旁通管及快开慢关旁通阀(简称快开旁通阀),作为TRT紧急停机时TRT与减压阀之间的平稳过渡之用,以确保高炉炉顶压力不产生大的波动,从TRT和减压阀组出来的低压煤气再供给热风炉或其他用户使用。

三、插板阀的结构

  插板阀(如图2所示)通常由阀体、阀板、阀板框架、丝杠夹紧驱动装置、膨胀节和阀板行走驱动装置等部件组成。阀板由通孔板阀和盲孔阀板组成,以控制介质的流通和截断。浮动座与波纹膨胀节焊接在一起或通过螺栓连接在一起,行走驱动装置带动阀板框架移动,以实现通孔阀板和盲孔阀板的转换。夹紧驱动装置通过链传动带动6套丝杠传动装置同时旋转,由丝杠螺母带动浮动座水平移动,使浮动座密封面压紧阀板上的O形圈,阀门实现密封。插板阀工作时为阀板常开式,当盲板位于管路位置时,切断煤气管道。

一种TRT系统插板阀

四、上一代插板阀的运行原理及存在的缺陷

  上一代插板阀的结构如图2所示,其运行过程为:框架靠支架滚轮悬挂在阀体的槽钢上,阀板与框架为螺栓连接,支架滚轮沿着槽钢滚动。传动机构带动浮动座运动,使浮动座与阀板一侧密封面脱离,当传动机构走到1/2行程处时,导轮与导向槽D 面接触,此时浮动座密封面与阀板密封面之间的间隙为1/2行程,传动机构继续运动时,导轮拉动导向槽运动,而导向槽与框架为螺栓联接,相当于导轮拉动框架和阀板运动,使阀板另一侧密封面与阀体密封面脱离,当驱动装置走完整个行程时,阀板密封面与阀体密封面之间的间隙也为1/2行程,但实际上,在导轮拉动导向槽的过程中,因为支架滚轮悬挂在阀体上的槽钢上,阀板与框架受重力因素导致阀板与框架以支架滚轮为转轴发生转动,因而导轮拉动导向槽过程完成后,阀板与阀体密封面实际上是有一个角度的,而并不是理想中的阀板密封面与阀体密封面平行运动的。因为阀板密封面与阀体密封面产生偏斜,造成阀板两侧密封面间隙不能达到一致,并有可能最终导致阀板密封圈与阀体密封面产生刮蹭,或者阀板与阀体相碰产生卡死现象。比如DN2000插板阀阀板与框架的总重大于1.8t,如此重量拖拽运行必然导致此过程中发生不小的冲击。

一种TRT系统插板阀

  总之,多种因素的共同作用造成了此种结构的插板阀密封效果及可靠性方面存在着诸多缺陷,远远不能适应TRT系统对插板阀的严格要求。

五、新一代插板阀的特点及运行原理

  为了满足插板阀在TRT系统的应用,必须解决上一代插板阀在使用过程中的种种问题,为此设计出了新一代插板阀(如图3所示),提供一种改变框架和阀板的结构的方法,避免了上一代插板阀的密封缺陷,使具有此种形式的插板阀具有高可靠的密封效果。

  新一代插板阀结构特点:框架悬挂在阀体上,采用固定式框架结构,而且框架沿管道轴心线方向被固定,框架只能沿与密封面平行的方向移动,阀板和弹簧机构共同安装在框架上(如图4所示),使得阀板与阀板框架之间通过弹簧机构弹性连接,夹紧驱动装置通过链传动带动丝杠传动机构运行,使浮动座沿管道轴心线方向运动,使浮动座密封面压紧阀板上的O形圈,阀门实现密封。

  其运行过程为:当传动机构带动浮动座沿管道轴心线方向运动时,弹簧也逐渐松开,阀板密封面与阀体密封面逐渐脱离(图3中A 面),此时阀板密封面与浮动座密封面由于受到弹簧弹力的作用尚未脱离(图3中B 面),当弹簧不再受到挤压时,弹簧完全复位,阀板密封面与阀体密封面间隙达到最大(图3中A 面),此时丝杠传动机构带动浮动座继续运动,当阀板密封面两侧间隙达到相等时(图3中A 面B 面间隙),丝杠传动机构停止运动。

一种TRT系统插板阀

  此后行走驱动装置开始起动,通过链轮带动框架上的链子驱动框架和阀板沿与密封面平行的方向行走,使得盲孔阀板和通孔阀板得以转换。之后,夹紧驱动通过链传动带动丝杠传动机构运行,使浮动座沿管道轴心线方向运动,当阀板两侧密封面与阀体密封面和浮动座密封面完全密封时,弹簧达到最大压缩量,此时插板阀门一个转换周期结束。

  此种新结构的插板阀彻底保证了阀板密封圈能顺畅通过阀体与浮动座密封面之间的空隙,也保证了阀板密封面与管道轴心线总能保持垂直状态,也就避免了阀板密封面与阀体密封面产生偏斜,杜绝了阀板密封圈与阀体密封面产生刮蹭或者阀板与阀体卡死现象。该阀门结构紧凑,动作灵敏,使得阀门具有使用寿命长,密封可靠的优点。

一种TRT系统插板阀

六、结语

  新一代插板阀目前应用在国内多家高炉T R T系统上,如廊坊胜宝钢铁公司、潍坊钢铁公司、山东金华钢铁公司、山东莱钢钢铁公司、吉林建龙钢铁公司、临沂江鑫钢铁公司、重庆钢铁公司、邯郸钢铁公司、鞍山钢铁公司以及印度布山钢铁公司等国内外大中型钢铁企业。已经稳定运行5年以上,用户反映使用情况良好,整机性能完全满足TRT系统工况的苛刻要求。

  随着高炉炉容、压力以及对节能环保的要求不断提高,导致TRT系统的工作压力也不断提升,今后TRT系统插板阀的发展方向就是使插板阀能够满足高压工况运行。

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