不锈钢球阀

“L”型三通球阀在玻璃熔窑天然气换向室的应用

2018-10-19

0 引言 在大中型浮法玻璃正常生产过程中,一般采用以固定的时间为周期。两侧燃烧器轮流交替点火的有规律的换向燃烧。国内生产优质浮法玻璃的生产线多以天然气为燃料,通过管道输送至熔窑小炉燃烧器,再通过控制管道上双通阀门的有规律启闭使燃烧器轮流点火,

0 引言
    在大中型浮法玻璃正常生产过程中,一般采用以固定的时间为周期。两侧燃烧器轮流交替点火的有规律的换向燃烧。国内生产优质浮法玻璃的生产线多以天然气为燃料,通过管道输送至熔窑小炉燃烧器,再通过控制管道上双通阀门的有规律启闭使燃烧器轮流点火,实现换向燃烧。天然气清洁的质量也为在换向燃烧的执行机构中使用精密加工的控制阀门提供了前提。
    本文通过对三通球阀的类型和结构、通用设计方案下的天然气换向室的阀组设置等方面的分析,探讨在玻璃熔窑天然气换向室应用L型三通球阀作为换向燃烧的执行机构主阀门的可行性。
1 三通球阀的结构和玻璃熔窑燃料换向控制
    三通球阀是有3个连接口球阀类的阀门。在工程设计中常选用的三通球阀有“T”型和“L” 型两种。
    “T”型三通球阀是通过控制阀芯旋转角度的变化使一条正交的管道与另2条直通的管道实现4种联通状态, 即同时联通、向左联通、向右联通、切断正交管道实现直通,起到将流经阀门的介质分流、合流等作用。如图1所示。
图1 “T” 型三通球阀基本流路状态示意图
    图1 “T” 型三通球阀基本流路状态示意图

    “L”型三通球阀则通过控制阀芯旋转角度的变化能使l条正交的管道与另2条直通的管道实现分别联通状态,即向左联通与向右联通,不能同时保持3条管道的相互连通或管道直通,能将流经阀门的介质轮流分配到左右侧的直通管道中。 “L”型三通球阀基本流路状态如图2。
图2 “L” 型三通球阀基本流路状态
    图2 “L” 型三通球阀基本流路状态
    总的来说, “T''型和“L”型三通球阀外形上是没有区别的,其区别在于阀芯,分为三通式和直角式,即“T”型和“L”型,其功能也各有特点: “L”型一般用于不需要三通的分配和切换,操作更为方便,有两个阀位,而且有定位,操控回转90。即可; “T”型通道选择范围多,阀位也多,一般没有定位,操控角度为90°~360°。“T”型和“L”型流道的三通球阀均采用四面阀座设计,受力平衡,保证闭止通道上可靠密封。“L”型主要用于流路的换向, “T’’型则主要用于分流、混流、换向以及三通道的完全开放。
    玻璃熔窑每对小炉的燃料供给流路在换向控制室一分为二,DCS集散控制系统通过控制流路上的阀门,使2条流路轮换畅通或者关闭,使燃料有规律地供给到对置分布在小炉两侧的燃烧器,通过燃烧器的轮流点火实现换向燃烧。
2 通常设计方案的天然气换向控制室的阀组设置
    为了实现天然气的换向燃烧,都会在生产线上靠近窑炉的一端设置换向控制室。目前,大型浮法玻璃熔窑的天然气换向控制室是通过室内铺展式施工,现场用管道、管件把诸如换向阀等各种阀门和设备连接在一起,按照熔窑的小炉数量组成套数相对应的、相对独立的燃烧换向控制系统,每一对小炉的燃烧换向控制系统的核心是两组控制管路启闭的阀门,通过生产线的DCS集散控制系统控制其有规律地开启或者关闭。其控制流程如图3。
图3 换向控制单元工艺流程(通常设计方案)
    图3 换向控制单元工艺流程(通常设计方案)
3 采用“L”型三通球阀作为天然气换向
    燃烧的执行机构是可行性的在玻璃熔窑天然气燃烧器双侧对置、轮换燃烧的状态下,换向控制的本质是通过阀门在管路中切断、分配和改变介质的流动方向,让天然气有规律的轮流从2个管道输出。所以选择结构相对简单的L型流道的三通四面阀座的球阀,作为玻璃熔窑天然气换向室的换向的执行机构的主阀门是可以满足工况需要的。如图4所示。
    将三通阀的正交向接口作为天然气进口1,将两个水平向接口2和3作为天然气出口,通过控制三通阀的“L”型阀芯有规律地作顺时针和逆时针的90°旋转, 即可轮流接通其中一侧管道,并同时关闭另一侧管道。
图4

    图4
    其工作原理如下:
    开启过程:①在关闭位置,球体受阀杆的机械施压作用,紧压在阀座上。② 当执行机构逆时针转动时,阀杆则反向运动,其底部角形平面使球体脱开阀座。③ 阀杆继续提升,并与阀杆螺旋槽内的导销相互作用,使球体开始无摩擦地旋转。④直至全开位置,阀杆提升到极限位置,球体旋转到全开位置。
    关闭过程:① 关闭时,执行机构顺时针旋转,阀杆开始下降并使球体离开阀座开始旋转。②继续旋转手轮,阀杆受到嵌于其上螺旋槽内的导销的作用,使阀杆和球体同时旋转90°。③快要关闭时,球体已在与阀座无接触的情况下旋转了90°。④手轮转动的最后几圈,阀杆底部的角形平面机械地楔向压迫球体,使其紧密地压在阀座上,达到完全密封。
    其控制流程如图5。
图5 换向控制单元工艺流程(采用“L"型三通球阀的设计方案)
    图5 换向控制单元工艺流程(采用“L"型三通球阀的设计方案)
4 “L”型三通球阀的优点
    “L”型三通球阀具有独特的结构形式,体积小,重量轻,它自身结构所独有的一些优越性,有着如下特点:
(1)启闭无摩擦。这一功能完全解决了传统阀门因密封面之间相互摩擦而影响密封的问题。
(2)装式结构。对装在管道上的阀门可直接在线检查与维修,能有效减少装置停车,降低成本。
(3)单阀座设计。消除了阀门中腔介质因异常升压而影响使用安全的问题。
(4)低扭矩设计。特殊结构设计的阀杆,只需配小功率的执行机构就能轻松启闭。
(5)楔形密封结构。阀门是靠阀杆提供的机械力,将球楔压到阀座上而密封,使阀门的密封性不受管线压差变化的影响,在各种工况下密封性能都有可靠保证。
(6)密封面的自清洁结构。当球体倾离阀座时,管线中的流体沿球体密封面成360。均匀通过,不仅消除了高速流体对阀座局部的冲刷,也冲走了密封面上的聚积物,达到自清洁的目的。
5 结论
    以三通球阀再配以多回转电控或气控执行机构,就可实现对天然气管路的严密启闭,再辅以专门的控制系统设计,是完全可以在玻璃熔窑天然气换向室换向控制功能的。一经应用,可以减少工程中的阀门数量,减少DCS集散控制系统的控制节点数量,实现设计的轻量化,可直接节约工程建设的成本和空间,也能有效减少后续使用中的检修工作量。