我們以化工行業(yè)普遍應(yīng)用的三室蓄熱式焚燒爐（RTO）為例，針對三室RTO共有6個(gè)換向閥，在爐底兩兩成對，分組布置（如下圖）。

三組換向閥與RTO三個(gè)蓄熱室對應(yīng)，通過一定的順序打開、關(guān)閉，引導(dǎo)煙氣通過蓄熱室、燃燒室，最終排放到大氣中。工作時(shí)RTO焚燒爐內(nèi)呈微負(fù)壓狀態(tài)。高溫側(cè)換向閥的外側(cè)與煙氣出口管道連通，區(qū)域溫度最高達(dá)300℃；低溫側(cè)換向閥的外側(cè)與煙氣進(jìn)口管道連通，區(qū)域溫度最高達(dá)200℃。爐內(nèi)廢氣具有一定的腐蝕性。裝置運(yùn)行時(shí)，換向閥每60-180s開閉一次，動作頻繁。

換向閥的平面閥板與密封端面通過直接接觸實(shí)現(xiàn)密封。閥板閉合后，因加工、裝配精度低導(dǎo)致密封不嚴(yán)，廢氣在壓力作用下流動，在閥板處形成少許內(nèi)漏，不通過蓄熱體及爐膛焚燒直接排放。同時(shí)，閥桿在往復(fù)運(yùn)動中對密封填料造成磨損，使廢氣通過填料直接泄漏到大氣中，發(fā)生外漏。

另外，換向閥內(nèi)部存在高溫?zé)煔猓?jīng)長期運(yùn)行后，原閥桿與閥板均存在不同程度的腐蝕損壞。由于原換向閥設(shè)計(jì)存在上述問題，加之在排放指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo)更為嚴(yán)格的情況下，即使少量的泄漏也會對排放指標(biāo)產(chǎn)生很大的影響，因此需要通過改造提高閥門的密封性、耐蝕性和耐用度，使裝置能夠滿足現(xiàn)有工況條件下長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求，并且使排放的廢氣滿足《GB31571-2015 石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放指標(biāo)。

根據(jù)長期運(yùn)行后裝置換向閥出現(xiàn)的泄露、損壞等問題，結(jié)合故障點(diǎn)的出現(xiàn)位置，可以從以下三個(gè)方面對換向閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并考慮改進(jìn)辦法：

1.閥桿材料及其連接結(jié)構(gòu)換向閥的主要?jiǎng)蛹情y桿和圓形閥板，因閥門動作頻繁，密封結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)負(fù)荷較大。加之爐中廢氣溫度較高且有較強(qiáng)的腐蝕性，裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，閥桿與閥板均發(fā)生了一定的磨損與破壞。

經(jīng)現(xiàn)場測量、檢查發(fā)現(xiàn)，閥板與密封面之間存在一定程度的平行度偏差。因此，應(yīng)對閥板與閥桿采取降低重量、更換材料、增加錯(cuò)動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)等措施使動件擁有更長的使用壽命和更好的密封效果。

2.閥板密封結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)中，圓形閥板僅通過與密封面接觸時(shí)自身發(fā)生形變來進(jìn)行密封。

由于加工精度無法保證，以及長期運(yùn)行帶來的支撐結(jié)構(gòu)磨損，圓形閥板與密封面無法在圓周上所有的位置都能緊密接觸。因此，需要對閥板密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，來保證長期運(yùn)行中閥板密封的可靠性。

3.閥桿密封結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)中，閥桿的密封組件采用的是填料式密封，由于換向閥的動作頻率非常高（每60-180s動作1次）使得此處密封填料的損耗非常快。

閥桿的支撐結(jié)構(gòu)是在內(nèi)外兩側(cè)對稱布置的由三個(gè)橡膠輪組成的支撐軸承。

拆除支撐軸承后，發(fā)現(xiàn)滑輪表面包膠因長期使用表面已發(fā)生永久變形；滑輪的轉(zhuǎn)軸因長期與軸套干磨，已嚴(yán)重磨損；部分滑輪已無法正常轉(zhuǎn)動。

此外，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，支撐軸承雖然有一定的調(diào)心功能，但當(dāng)閥桿兩端同時(shí)采用此結(jié)構(gòu)時(shí)，很難保證閥桿與密封函的同心度，從而加劇了填料的磨損。填料磨損后，廢氣在此處發(fā)生泄漏。因此，需要對閥桿的密封結(jié)構(gòu)與支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以達(dá)到更好的閥桿密封效果與更長的使用壽命。

一、閥桿及其連接構(gòu)件

如某涂布行業(yè)企業(yè)，一臺55000Nm3/h處理量的RTO，在換向閥設(shè)計(jì)中的幾個(gè)取值，如閥桿為直徑60mm的實(shí)心桿，材質(zhì)為不銹鋼，閥板為直徑 1300mm，厚3-10mm 的圓形板，材質(zhì)同為不銹鋼。在運(yùn)行一段時(shí)間后，閥桿與閥板表面均出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕與磨損。考慮到長期運(yùn)行時(shí)的設(shè)備工況，需要同時(shí)滿足力學(xué)性能、表面硬度、耐腐蝕性三方面要求，因此理想的替代材料有調(diào)制鋼不銹鋼或其他合金鋼。

根據(jù)現(xiàn)場的使用經(jīng)驗(yàn)，選用直徑63mm，厚10mm的不銹鋼鋼管作為替代閥桿材料。閥板的材料也選用不銹鋼，直徑不變，厚度增加。

閥桿自身的磨損與閥桿支撐軸承的磨損均會導(dǎo)致活塞桿與閥桿的同心度偏差進(jìn)一步加大。改進(jìn)的辦法是在過渡頭與活塞桿之間增加一個(gè)浮動接頭。浮動接頭允許兩側(cè)連接桿發(fā)生偏心滑動和球面滑動，它能夠?qū)钊麠U與閥桿之間的偏心量進(jìn)行補(bǔ)償，使得換向閥在長期使用過程中穩(wěn)定高效地運(yùn)行，降低RTO換向閥運(yùn)行安全隱患。

二、閥板密封構(gòu)件

1.改進(jìn)后的閥板密封結(jié)構(gòu)在密封面上加工兩道密封槽，選用適當(dāng)?shù)膹椥泽w材料作為密封體；利用密封體的回彈性補(bǔ)償閥板與密封面之間的平行度偏差。同時(shí)，利用兩道密封體形成迷宮密封結(jié)構(gòu)，阻止有機(jī)廢氣泄漏，提高RTO處理效率。換向閥高溫側(cè)的環(huán)境溫度最高可達(dá)到300℃甚至更高（如部分行業(yè)需增加反燒工藝），因此要求密封體材料在高溫下具有良好的物理、化學(xué)特性穩(wěn)定性。膨脹石墨的耐溫性出色，同時(shí)兼具較好的回彈性，非常適用于目的工況。

2.改進(jìn)后的閥板密封結(jié)構(gòu)在密封面上增加集氣室，增加壓縮空氣接口，內(nèi)部通入正壓，以保證換向閥的零泄漏。

三、閥桿支撐構(gòu)件

1.將原結(jié)構(gòu)中的橡膠輪改為40Cr材質(zhì)的鋼輪，提高滑輪在高溫?zé)煔鈼l件下的耐用性和耐腐蝕性。

2.增加下部兩個(gè)滑輪的寬度，增大滑輪與閥桿的接觸面積，降低滑輪與閥桿之間接觸處的滑動摩擦阻力。

3.在每個(gè)滑輪內(nèi)部增加一對自潤滑軸承，使滑輪的滑動更加順滑，延長滑輪的使用壽命。

經(jīng)過我們的研究和探索，根據(jù)上述改進(jìn)措施，換向閥能夠滿足RTO長期使用的穩(wěn)定性和重復(fù)性，使RTO設(shè)備做到滿足新標(biāo)準(zhǔn)中的排放要求，達(dá)到了預(yù)期的改進(jìn)目的。具體效果總結(jié)如下：

1.更換后的不銹鋼閥桿與閥板能夠有效抵抗腐蝕并降低閥桿支撐負(fù)荷，減少磨損，具有更長的使用壽命。

2.作為閥板密封體材料，膨脹石墨在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性和良好的回彈率。

3.改進(jìn)后的閥桿密封結(jié)構(gòu)能夠有效阻隔灰塵；有效阻止RTO運(yùn)行過程中的有機(jī)廢氣泄漏，并對閥桿提供穩(wěn)固支撐。改進(jìn)后的閥桿支撐軸承運(yùn)轉(zhuǎn)更加順滑，使用壽命大大增加。

4.改進(jìn)提高了換向閥的密封性；提高了換向閥運(yùn)行時(shí)的平順性與可靠性；延長了換向閥的使用壽命。

綜合來源：YIHEAC