一种乙烯裂解炉用金属密封平板闸阀 【技术领域】
本发明属于一种金属密封平板闸阀，具体涉及一种适合于乙烯裂解炉中作为裂解气阀和清焦阀用的平板闸阀。
背景技术
裂解气阀和清焦阀是乙烯裂解装置的关键设备之一，其中，裂解气阀用以切断裂解气总管线，清焦阀用以切断清焦管线，裂解气阀和清焦阀在三种工作模式之间交替切换：
1)裂解模式：裂解气阀开启，清焦阀关闭，裂解炉在裂解，裂解气和急冷油混合一起进入分离塔，此时工况压力为1巴，温度约为250℃；工作一个周期(约30～60天)，后，裂解炉内壁结焦，效率降低，需要清焦，阀门进入切换模式。
2)切换模式：裂解阀正在“关闭”中，清焦阀正在“开启”中。至裂解阀全关，清焦阀全开状态，进入清焦模式。
3)清焦模式：裂解气阀关闭，清焦阀开启，当裂解炉在清焦时，急冷器停止喷油，含有焦碳颗粒的烟道气通过清焦阀放空，此时工况压力为0.7巴，温度约为400∽500℃，清焦模式持续1～2天。阀门再次切换，至裂解阀全开，清焦阀全关，再次进入裂解模式，如此循环往复。
一台裂解炉通常配备一个裂解气阀和一个清焦阀，近年来，为了提高切换安全性，防止裂解气倒流和清焦管线超压，出现了三阀配置，即在原有的基础上增加了一个小清焦阀。
裂解气阀和清焦阀的介质是裂解气和清焦气，其成分十分复杂，有裂解产物碳氢化合物、CO和CO2气体、急冷油、水蒸汽等，在清焦过程中还会产生大量的结焦颗粒，是多相流。裂解气在温度降低时会重新聚合形成结焦。因此作为裂解气阀和清焦阀的阀型，必须具备以下特点：
1)耐高温：最高到600℃；
2)耐颗粒：主要指密封副能被保护，以免被颗粒覆盖，造成密封失效；要耐划伤，以免泄露；
3)防结焦，结焦是指裂解气进入阀腔，由温度降低而聚合、凝固形成块状物。防焦的根本是在全开位、全关位和“开”、“关”切换中，防止裂解气进入阀腔。
目前，公知的裂解气阀和清焦阀的阀型主要有以下三种类型：软密封平板闸阀、硬密封平板闸阀和硬密封平行式闸阀，这三种类型的阀门均存在一定的不足和缺陷：
如图1所示的软密封平板闸阀，软密封是指密封环材料是非金属，20世纪90年代以前，在我国裂解炉上运行的裂解气阀和清焦阀大多是带导流孔的软密封平板闸阀。软密封的缺陷在于：
1)使用周期短。高温密封圈材料一般为石棉，由于颗粒很容易划伤密封面，造成密封失效，需要一年更换一次密封圈，而乙烯厂的检修周期从一年改为三年，满足不了生产要求；同时石棉不利于环保，已被国家限制使用。
2)公知的平板闸阀均为下置导流孔设计，导流孔位于阀板下部，阀板下降时阀门关闭，在关闭过程中，密封圈和导流孔形成的通道位于下部，裂解气在重力的作用下，可以通过导流孔进入阀腔，形成结焦，在阀腔中积聚，造成阀板关闭不到位。
如图2所示的硬密封平板闸阀，硬密封是指密封副为金属，硬密封平板闸阀一般采用浮动阀座密封结构，主要由浮动阀座、密封环、压力环、弹簧组成，这种结构的特点是阀座可沿通道方向移动，主要依靠弹簧的压力来形成进口密封，而阀座和阀体的密封靠介质力来保证。硬密封平板闸阀的缺点在于：
1)固体颗粒易在浮动阀座的缝隙间沉积，造成浮动阀座性能失效，导致进口泄漏。
2)硬密封，加工精度和表面光洁度要求高，不易实现；
3)摩擦系数大，动作困难，容易产生“卡阻”现象。
如图3所示的硬密封平行式闸阀，它是一种带导流孔的平行式闸阀。20世纪90年代以后，特别是最近几年，很多的用户选择此阀型。其原理为两块平行阀板和一个膨胀节安装在眼镜式的阀板架中，利用“内楔”机构使两块阀板分别压紧在进出口阀座上形成密封。此类阀门的缺点是：
1)结构复杂，活动件多，可靠性降低。
2)体积大、阀门重，制造成本高，需要安装空间大。
3)在阀门全开位置，膨胀节和阀座很难密封，裂解气可以进入阀腔，形成结焦，在阀腔中积聚，造成阀板关闭不到位。
4)金属阀座，不易检修，维修困难。
【发明内容】
本发明的目的是，提供了一种克服了软密封平板闸阀、硬密封平板闸阀、硬密封平行式闸阀的缺点的全导板的金属密封平板闸阀。
本发明是这样实现的，乙烯裂解炉用金属密封平板闸阀，它包括主阀体，主阀体的一侧设有副阀体，主阀体与副阀体通过法兰连接，主阀体上设有密封槽和流道，副阀体上设有密封槽和流道，主阀体的上部还设有顶盖，下部设有底盖，顶盖上设有支架，支架装有驱动装置，所述的密封槽内设有密封圈，密封槽内设有密封圈，在密封圈与密封圈之间设有阀板，阀板的上部设有导流孔，阀板通过设在主阀体上的T形槽与阀杆连接，阀杆的另一端与驱动装置连接，主阀体与副阀体之间通过螺栓连接。
在所述的主阀体上还设有下浮动导板，在副阀体上与主阀体相对应的位置上设有上浮动导板，主阀体与下浮动导板之间设有弹簧组，副阀体与上浮动导板之间设有弹簧组。
在主阀体的上部设有接口，接口与主阀体的阀腔连通，主阀体的下部设有接口，连通管连通阀腔和通道。
接口与孔板连接，在接口与孔板之间设有压力表，孔板上设有吹扫阀，接口与连通阀和排放阀连接，连通管管线连通阀腔和位于通道上的连接管接口。
所述的密封圈和密封圈至少一个为多层金属复合密封圈。密封圈外还设有刮圈。
本发明的优点是，使用多层金属复合密封圈，兼有非金属和金属密封的优点，密封可靠、使用寿命长。克服了软密封平板闸阀使用周期短的缺陷，能满足乙烯厂的三年使用周期。和硬密封平板闸阀相比，密封更容易。和普通平板闸阀相比，上置导流孔设计，避免了在阀门关闭过程中，裂解气在重力的作用下，通过导流孔进入阀腔，降低了结焦可能性。在阀板移动时，浮动导板使阀腔和通道之间始终处于隔离状态，克服了平板闸阀在“开”“关”切换中，裂解气进入阀腔形成结焦的缺陷。和硬密封平行式闸阀相比具有明显优点：结构简单，可靠性高、制造成本低；检修容易，不用研配阀板和阀座，只要替换密封圈即可蒸汽吹扫系统。阀腔通入吹扫蒸汽，在阀腔和通道之间建立“气封”。流动蒸汽连续吹扫，保证阀腔清洁；实现“双重密封”，“双重排放”。
【附图说明】
图1为公知的软密封平板闸阀示意图；
图2为公知的硬密封平板闸阀示意图；
图3为公知的硬密封平行式闸阀示意图；
图4为本发明所提供的一种乙烯裂解炉用金属密封平板闸阀示意图；
图5为图4的E-E向剖视图；
图6为第一种变形密封的横截面示意图；
图7为第二种变形密封地横截面示意图；
图8为第三种变形密封的横截面示意图；
图9为第四种变形密封的横截面示意图；
图10为本发明所提供的一种乙烯裂解炉用金属密封平板闸阀中的主阀体与上浮动板和弹簧组结构示意图。
图中，5上浮动导板，6下浮动导板，7螺栓，8驱动装置，9阀杆螺母，10主阀体，11密封槽，12流道，13法兰，15阀腔，16接口，17接口，18阀腔底部，19加强筋，20副阀体，21密封槽，22流道，23垫片，24调整垫，28弹簧组，30密封圈，31压力表，32孔板，33吹扫阀，34连通阀，35排放阀，36连通管管线，38连通管接口，40阀板，41导流孔，60顶盖，61垫片，70底盖，71垫片80支架，81标尺，90阀杆，91指针，100刮环，101刮环与密封圈的第一种组合形式，102刮环与密封圈的第二种组合形式，103刮环与密封圈的第三种组合形式，104刮环与密封圈的第四种组合形式。
【具体实施方式】
如图4所示，乙烯裂解炉用金属密封平板闸阀，它包括主阀体10，主阀体10的一侧设有副阀体20，主阀体10与副阀体20通过法兰13连接，主阀体10上设有密封槽11和流道12，副阀体20上设有密封槽21和流道22，主阀体10的上部还设有顶盖60，下部设有底盖70，顶盖60上设有支架80，支架80装有驱动装置8，所述的密封槽11内设有密封圈30A，密封槽21内设有密封圈30B，在密封圈30A与密封圈30B之间设有阀板40，阀板40的上部设有导流孔41，阀板40通过设在主阀体10上的T形槽与阀杆90连接，阀杆90的另一端与驱动装置8连接，主阀体10与副阀体20之间通过螺栓7连接。在所述的主阀体10上还设有下浮动导板5，在副阀体20上与主阀体10相对应的位置上设有上浮动导板6，主阀体10与下浮动导板5之间设有弹簧组28，副阀体20与上浮动导板6之间设有弹簧组28。在主阀体10的上部设有接口16，接口16与主阀体10的阀腔15连通，主阀体10的下部设有接口17，连通管36连通阀腔15和通道12。接口16与孔板32连接，在接口16与孔板32之间设有压力表31，孔板32上设有吹扫阀33，接口17与连通阀34和排放阀35连接，连通管管线36连通阀腔15和位于通道12上的连接管接口38。所述的密封圈30A和密封圈30B至少一个为多层金属复合密封圈。如权利要求5所述的乙烯裂解炉用金属密封平板闸阀，密封圈外还设有刮圈。
本发明所采用的技术方案包括阀体、密封圈、顶盖、底盖、阀板、导板、阀杆、驱动装置及密封件。阀体截面为椭圆或矩形，由主阀体、副阀体组成，主、副阀体用螺栓连接；主、副阀体上均加工有密封槽，在密封槽内镶嵌有密封圈，形成主阀体密封圈与阀板、副阀体密封圈与阀板的双重密封，两密封圈和阀板之间的密封力由主、副阀体的连接螺栓提供，密封力的大小可由副阀体上调整垫的高度来调整。阀杆与阀板采用T型槽连接，驱动装置带动阀杆螺母旋转，使阀杆上下移动，开关阀门。
密封圈采用多层金属复合密封圈，此种密封圈在专利ZL200620148479.4中已详细描述过，包括多层非金属带和多层金属带，非金属带和金属带通过粘接剂胶合在一起。金属带是“骨架”，使复合密封圈具有一定的强度和刚度，保证耐磨性和使用寿命，保护非金属带不被介质划伤、撕裂或吹失。非金属带是“密封”，使复合密封圈具有适当的弹性，保证密封性，是密封的主体。金属复合密封圈兼有非金属和金属密封的优点，即密封可靠、耐磨损、使用寿命长。特别适合于高温、含有晶体、颗粒等恶劣工况。
与公知的平板闸阀下置导流孔设计不同，本发明阀板上部设置导流孔，下部为密封面，导流孔的直径和阀座相同，阀板下降时阀门开启，阀板上升时阀门关闭，在阀门关闭过程中，密封圈和导流孔形成的通道位于上部，避免了裂解气在重力的作用下，通过导流孔进入阀腔，形成结焦，在阀腔中积聚，造成阀板关闭不到位的风险性。
阀体上安装有两块浮动导板，其上有弹簧销轴安装弹簧组(为公知技术，图中未示出)，在弹簧力的作用下，浮动导板在阀板移动时始终紧贴着阀板，阀板在两块导板中无间隙地运动，阀腔和通道之间始终处于隔离状态，裂解气不会进入阀腔，形成结焦，在阀腔中积聚。
阀体上部设置吹扫蒸汽入口，阀体下部设置连通口，连通阀腔和通道，使蒸汽流动起来。阀腔通入吹扫蒸汽，蒸汽压力比介质压力至少高0.5bar，蒸汽温度高于介质的凝固温度。蒸汽的作用是：
1)在阀腔和通道之间建立“气封”，由于蒸汽的压力高于介质压力，阀腔和通道之间的物质交换，只能是阀腔中的蒸汽流入通道，不可能是通道中的介质流入阀腔。作为裂解气阀，特别是在“开启”过程中，防止裂解气进入阀腔而形成结焦；
2)保持阀体的温度，防止进入阀腔的裂解气凝固、结焦；
3)清洁阀腔，将阀腔的裂解气，经排放管吹扫出去；
如图4所示，金属密封平板闸阀包含主阀体10、其上加工有密封槽11，密封槽镶嵌有密封圈30A。密封圈优先选用金属复合密封圈，也可选用其它材料的密封圈。主阀体10的一端是流道12，另一端是法兰13，用以安装副阀体20，副阀体上有流道22和密封槽21，密封槽镶嵌有密封圈30B。阀体可以是铸造也可以是焊接的，图示结构为焊接，为了保证阀体的强度和刚度，阀体上设计了数个加强筋19。
主阀体10的上、下部分别装有顶盖60和底盖70，副阀体、顶盖、底盖和主阀体之间均用螺接，三者和主阀体中间装有垫片21、垫片61和垫片71，用以密封阀腔15。顶盖上设置支架80，用以安装驱动装置8，驱动装置可以是手轮、气缸、液缸或电动装置等。
顶盖内有填料16，用以密封阀杆90，阀杆90上装有指针91，支架80上有标尺81，用以指示阀门开度。
密封圈30A、30B之间装有阀板40，阀板40上部开有导流孔41，导流孔41的直径和流道12、流道22相同，下部为密封面，阀板40下降时阀门开启，阀板上升时阀门关闭，在阀门关闭过程中，密封圈和导流孔形成的通道位于上部，避免了介质在重力的作用下，通过导流孔进入阀腔，形成结焦，在阀腔中积聚，造成阀板关闭不到位的风险性。
阀杆90和阀板40通过T形槽连接，阀杆90由在此未详细说明的驱动装置8驱动，驱动装置可以是手轮、气缸、液缸或电动装置等，驱动装置带动阀杆螺母9旋转，带动阀板上下移动，开关阀门，
当阀门处于全开位置时，导流孔41和流道12、流道22同轴，密封程度和闭位一致，密封圈完全被阀板保护，不会受到流体的冲蚀。
当阀门处于全关位置，流道22完全被阀板挡住，同样密封圈完全被阀板保护，不会受到流体的冲蚀。
两密封圈和阀板之间的密封力由螺栓7提供，在螺栓上设置有调整垫24，控制密封圈的压缩量，以防阀板被夹得过紧，影响阀门动作。
主阀体10和副阀体20上分别安装有下浮动导板5，和上浮动导板6，阀体两侧上设置弹簧组28，在弹簧力的作用下，浮动导板在阀板移动时始终紧贴着阀板，阀板在两块导板中无间隙地运动，阀腔15和介质通道之间始终处于隔离状态。
阀体上部设置接口16，通过16向阀腔15通入蒸汽，蒸汽压力应比流道中的压力至少高0.5bar，阀体下部设置接口17，连通管36连通阀腔15和通道12。流动的蒸汽不断地吹扫阀腔，将聚集在阀腔底部18的介质，吹扫出去，保持阀腔清洁。
典型的吹扫系统由压力表31、孔板32、吹扫阀33、连通阀34、排放阀35和连通管管线36组成。孔板32控制进入阀腔的蒸汽压力和流量，排放阀用以排污。
吹扫量应根据阀门的状态而变化，典型的吹扫工艺为：
1)阀门在全开位：吹扫阀33和排放阀35关闭，连通阀34开启，此时蒸汽量由孔板32控制，蒸汽消耗很少，是小剂量吹扫。由于阀腔中蒸汽压力高于通道中的介质压力，介质不可能进入阀腔，开位实现“双重密封”，“双重排放”
2)阀门在全关位：吹扫阀33和排放阀35关闭，连通阀34开启，此时蒸汽量由孔板32控制，蒸汽消耗很少，也是小剂量吹扫。介质压力将阀板压向出口侧密封圈，强化了出口侧密封，而进口侧，由于阀腔中的蒸汽压力高于通道中的介质压力，进口通道的介质不可能进入阀腔。关位实现“双重密封”，“双重排放”
3)阀门在切换中：吹扫阀33和排放阀35打开，连通阀34关闭，此时蒸汽量由吹扫阀33控制，百分之百吹扫，由于阀腔蒸汽压力大于操作压力，形成蒸汽从阀腔经导流孔流入流道；加之上置导流孔设计，避免了介质在重力的作用下进入阀腔；而浮动导板使阀腔和介质通道之间始终处于隔离状态，避免了焦油等冷凝物进入阀腔内，以上三种措施，最大限度地解决了平板闸阀在切换时，介质进入阀腔形成结焦的致命缺陷。
如图5所示的密封的四种变形，四种变形的相同之处在于：金属复合密封圈是密封的主体，在每种情况下，密封均镶嵌在阀体密封槽内，其和阀板之间的密封力由主、副阀体的连接螺栓提供。
图6～图9是四种变形密封的横截面示意图。图6是基本型，图7、图8、图9为组合密封型，由金属复合密封圈和刮环组成，刮环的高度一般比金属复合密封圈端面低，其作用是保护复合密封圈，象“刮刀”一样，“刮”掉介质中的颗粒、结焦等，延长使用寿命，易于安装、更换。
图6为基本型，只有金属复合密封圈，适用于比较洁净的介质；
图7金属复合密封圈镶嵌在刮环外表面，适用于轻污染的介质。
图8金属复合密封圈镶嵌在刮环的沟槽中，适用于重污染的介质，即颗粒、灰尘较多的工况，比如裂解气阀和清焦阀。
图9金属复合密封圈镶嵌在刮环的沟槽中，金属环的底部包含有密封垫，适用于对密封要求较高的工况。
本发明合于乙烯裂解炉用裂解气阀、清焦阀，也可用于高温、含有颗粒、或发生结晶、凝固工况。也可用于高温、含有颗粒、或发生结晶、凝固工况。