Bản tóm tắt
Trong các nhà máy xi măng, lò nung vôi và lò nung khoáng, dòng khí nóng thoát ra khỏi quá trình đạt nhiệt độ từ 400 đến 900 độ C. Việc cách ly các dòng khí này trong quá trình bảo trì hoặc thay đổi quy trình cần có các thiết bị ngắt chuyên dụng. Hai công nghệ thường được đánh giá: van quay bột thích ứng với dịch vụ khí nóng và van điều tiết bướm được thiết kế để cách ly ở nhiệt độ cao. Mặc dù cả hai đều có thể chịu được nhiệt độ cực cao nhưng cơ chế bịt kín, đặc tính biến dạng nhiệt và vai trò vận hành của chúng khác nhau đáng kể. Bộ cấp liệu khóa khí quay cung cấp phốt cơ khí thông qua khe hở rôto chặt chẽ và chuyển động quay liên tục. Bộ giảm chấn hình bướm cung cấp khả năng bịt kín tĩnh thông qua một đĩa xoay đóng vào ghế. Hướng dẫn này so sánh hai công nghệ ở các cấp độ bịt kín, kiểm soát biến dạng nhiệt và lựa chọn vật liệu để giúp các kỹ sư chỉ định thiết bị chính xác để cách ly khí ở nhiệt độ cao.
một là gìVan quayvà Bộ giảm chấn bướm trong dịch vụ nhiệt độ cao
MỘT
van quay bộtthích hợp cho việc cách ly khí ở nhiệt độ cao là một máy cấp liệu khóa khí quay hạng nặng có vỏ bằng thép đúc hoặc thép không gỉ, lớp đệm bằng than chì và vỏ ổ trục làm mát bằng nước. Rôto quay liên tục, được dẫn động bởi động cơ giảm tốc. Các đầu rôto chạy sát vào lỗ vỏ có khe hở từ 0,20 đến 0,40 mm, được tính toán để điều chỉnh sự giãn nở nhiệt ở nhiệt độ vận hành. Trong dịch vụ cách ly khí, van ngăn khí nóng chảy ngược qua hệ thống khi quá trình ngừng hoạt động hoặc khi phải duy trì áp suất âm. Việc quay liên tục cũng ngăn tro hoặc các hạt trong dòng khí tích tụ trên rôto.
Bộ giảm chấn bướm là một thiết bị ngắt bao gồm một đĩa tròn được gắn trên trục quay bên trong phần ống dẫn được chế tạo. Đĩa xoay 90 độ từ mở hoàn toàn đến đóng hoàn toàn. Trong các ứng dụng nhiệt độ cao, đĩa và vỏ được chế tạo từ thép chịu nhiệt như thép không gỉ 253MA hoặc 310S. Chỗ ngồi thường là một vòng kim loại được tạo hình mà đĩa sẽ nén lại khi đóng lại. Một số thiết kế sử dụng trục và ổ trục làm mát bằng nước để bảo vệ bộ truyền động khỏi nhiệt bức xạ. Bộ giảm chấn bướm được sử dụng riêng để cách ly hoặc điều chỉnh lưu lượng khí. Chúng không quay liên tục và không cung cấp chức năng đo sáng.
Về mặt vật lý, van quay là một thiết bị nhỏ gọn, kín với các bộ phận quay và phốt trục. Bộ giảm chấn bướm là một thiết bị nội tuyến có một đĩa chuyển động. Van quay duy trì độ kín động mọi lúc trong quá trình quay. Bộ giảm chấn bướm chỉ bịt kín khi đóng hoàn toàn, dựa vào sự tiếp xúc của đĩa với ghế. Những khác biệt cơ bản này xác định nơi mỗi công nghệ nên được áp dụng trong các hệ thống khí nhiệt độ cao.
Tại sao sự lựa chọn giữa van quay và van điều tiết bướm lại quan trọng
Việc chọn sai thiết bị để cách ly khí ở nhiệt độ cao sẽ tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn, tổn thất năng lượng và các vấn đề về bảo trì có thể khiến toàn bộ dây chuyền sản xuất phải ngừng hoạt động.
Mức độ niêm phong và tỷ lệ rò rỉ
Trong các ống dẫn khí có nhiệt độ cao, ngay cả một rò rỉ nhỏ cũng gây lãng phí năng lượng và tạo ra tình trạng không an toàn. Van điều tiết hình bướm có mặt tựa bằng kim loại thường đạt được tỷ lệ rò rỉ từ 0,5 đến 2% tổng lưu lượng khi còn mới. Khi ghế bị mòn hoặc biến dạng do nhiệt, độ rò rỉ có thể vượt quá 5%. Một van quay có khe hở đầu được đặt đúng cách và lớp đệm bằng than chì đạt được tỷ lệ rò rỉ dưới 0,1%. Rô-to quay liên tục sẽ ngăn chặn sự tích tụ tro có thể làm hỏng phốt. Đối với các quy trình mà việc ngăn chặn khí là rất quan trọng, chẳng hạn như khí thải lò nung vôi nơi có bụi vôi nóng, van quay cung cấp vòng đệm chặt hơn và đáng tin cậy hơn.
Kiểm soát biến dạng nhiệt
Ở nhiệt độ trên 600 độ C, tất cả các kim loại đều giãn nở đáng kể. Đĩa giảm chấn hình bướm có thể biến dạng thành hình bầu dục nếu chênh lệch nhiệt độ giữa tâm và vành quá cao. Sự biến dạng này cản trở chỗ ngồi thích hợp và gây rò rỉ vĩnh viễn. Van quay quản lý biến dạng nhiệt thông qua tính toán khe hở chính xác. Rôto và vỏ được thiết kế để mở rộng với tốc độ tương thích. Khe hở đầu tip được đặt ở nhiệt độ lạnh gần bằng 0 ở nhiệt độ vận hành mà không bị giữ lại. Điều này đòi hỏi phải tính toán sự tăng trưởng nhiệt của cả hai thành phần và cung cấp khoảng trống lạnh thích hợp. Bộ giảm chấn bướm dựa vào độ dày của đĩa và đường gân để giảm thiểu sự biến dạng, nhưng chúng không thể phù hợp với khả năng kiểm soát khe hở có thể dự đoán được của van quay được thiết kế phù hợp.
Lựa chọn vật liệu và khả năng chống leo
Tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao gây ra hiện tượng rão, biến dạng chậm dưới áp lực kéo dài. Các đĩa giảm chấn bướm có thể bị rão tại điểm nối trục, nơi tập trung ứng suất cao nhất. Rôto van quay có thể bị biến dạng ở chân cánh, nơi lực ly tâm và ứng suất nhiệt kết hợp. Cả hai thiết bị đều yêu cầu hợp kim chống rão. Thép không gỉ 253MA, với độ bền rão và khả năng chống oxy hóa cao, là lựa chọn tiêu chuẩn cho cả đĩa và rôto hoạt động ở nhiệt độ trên 700 độ C. Đối với dịch vụ trên 900 độ C, có thể cần Inconel 601 hoặc Haynes 230. Chọn sai hợp kim sẽ dẫn đến hiện tượng chảy xệ hoặc nứt sớm.
Yêu cầu về hành động và vận hành
Bộ giảm chấn bướm yêu cầu bộ truyền động mô-men xoắn cao để đóng lại trước sự chênh lệch áp suất của dòng khí. Ở nhiệt độ 800 độ C, đĩa nở ra và có thể dính vào vỏ nếu khe hở không đủ. Bộ truyền động phải vượt qua ràng buộc này. Van quay yêu cầu động cơ truyền động có kích thước phù hợp với mô-men xoắn khởi động chứ không phải bịt kín áp suất liên tục. Động cơ khởi động rôto từ trạng thái nghỉ trước lực cản của các vòng đệm kín và tro tích tụ. Sau khi quay, yêu cầu mô-men xoắn sẽ giảm xuống. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng điện và thiết kế hệ thống điều khiển. Bộ giảm chấn bướm cần phản hồi vị trí và điều khiển điều biến. Van quay cần kiểm soát tốc độ và bảo vệ quá tải.
Truy cập bảo trì và sửa chữa
Bộ giảm chấn bướm là thiết bị lớn, nặng được lắp đặt nội tuyến trong ống dẫn. Việc thay thế đĩa giảm chấn đòi hỏi phải cắt ống dẫn và nâng đĩa ra bằng cần cẩu. Đây là một công việc lớn có thể mất vài ngày. Van quay nhỏ gọn hơn và thường có thể được tháo ra khỏi dây chuyền bằng cách ngắt kết nối mặt bích và nâng toàn bộ thiết bị lên. Các bộ phận bên trong, chẳng hạn như rôto và vòng đệm, có thể được bảo dưỡng mà không cần tháo van ra khỏi đường dây nếu có cửa ra vào. Đối với các nhà máy có khả năng tiếp cận cần trục hạn chế hoặc cửa sổ đóng kín, van quay giúp bảo trì dễ dàng hơn.
Cách chọn giữaVan quayvà Van điều tiết bướm
Việc lựa chọn phụ thuộc vào nhiệt độ khí, điều kiện áp suất, tải hạt và yêu cầu của quy trình. Các tình huống sau đây minh họa ứng dụng chính xác của từng công nghệ.
Kịch bản 1 Cách ly khí thải lò nung
Trong ống xả lò nung xi măng hoạt động ở nhiệt độ 750 độ C với 50 mg/m3 hạt, van điều tiết hình bướm là lựa chọn tiêu chuẩn để cách ly trong quá trình bảo trì. Van điều tiết thường mở trong quá trình vận hành và chỉ đóng khi lò ngừng hoạt động. Nhiệm vụ không liên tục và nhu cầu mở lỗ khoan hoàn toàn khi mở khiến van điều tiết dạng bướm trở nên lý tưởng. Van quay sẽ hạn chế dòng chảy và tích tụ tro trên rôto, làm tăng nhu cầu mô-men xoắn.
Kịch bản 2 Tuần hoàn khí nóng có hạt
Trong vòng tuần hoàn khí nóng của calciner, khí nóng chứa 200 gam/m3 bột mịn phải được cấp liên tục trở lại quy trình. Một máy cấp liệu có khóa khí quay với vỏ làm mát bằng nước và bao bì bằng than chì cung cấp độ kín cần thiết và ngăn ngừa sự tích tụ bột. Bộ giảm chấn hình bướm sẽ nhanh chóng bị ăn mòn ở chỗ ngồi do bột mài mòn và không thể tạo ra lớp bịt kín liên tục. Van quay là sự lựa chọn đúng đắn.
Kịch bản 3 Khí nhiệt độ cao có ngăn áp suất
Khi dòng khí ở áp suất dương từ 0,5 bar trở lên, van điều tiết hình bướm có thể không đặt đủ chặt để tránh rò rỉ. Một van quay có vỏ định mức áp suất và các đầu có thể điều chỉnh sẽ duy trì độ kín cần thiết. Các đầu cánh quạt có thể được nâng cao để bù đắp sự hao mòn, đảm bảo ngăn chặn áp suất lâu dài. Đối với dịch vụ khí nóng áp suất cao, van quay được ưu tiên sử dụng.
Kịch bản 4 Điều chỉnh luồng điều khiển
Nếu quy trình yêu cầu điều chỉnh lưu lượng khí để kiểm soát nhiệt độ hoặc áp suất thì bộ giảm chấn bướm có bộ truyền động định vị là thiết bị phù hợp. Van quay không được thiết kế để điều tiết. Vận hành van quay mở một phần sẽ gây ra hiện tượng mài mòn không đều và phá hủy khả năng khóa khí. Để điều chỉnh dòng chảy trong ống dẫn khí nóng, van điều tiết hình bướm là lựa chọn khả thi duy nhất.
Tình huống 5 Tắt khẩn cấp
Để tắt khẩn cấp trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn hoặc quá trình bị trục trặc, van điều tiết hình bướm tác động nhanh với bộ truyền động hồi xuân sẽ giúp đóng cửa nhanh nhất. Van quay không thể đóng ngay lập tức vì chúng hoạt động dựa vào chuyển động quay liên tục. Để cách ly an toàn, van điều tiết bướm là công nghệ bắt buộc.
Ví dụ ứng dụng
Một nhà máy vôi ở Đức vận hành lò quay có ống dẫn khí nóng ở nhiệt độ 680 độ C. Bộ giảm chấn bướm ban đầu để cách ly bảo trì đã bị biến dạng chỗ ngồi sau sáu tháng hoạt động, gây rò rỉ khí liên tục 3%. Sự rò rỉ gây lãng phí năng lượng và tạo ra đám mây nhiệt có thể nhìn thấy được, vi phạm các quy định an toàn. Doebritz đã thay thế van điều tiết bằng van điều tiết bướm hạng nặng có trục làm mát bằng nước, đĩa thép không gỉ 253MA có gân gia cố và ghế kim loại chịu lực bằng lò xo. Van điều tiết mới duy trì tỷ lệ rò rỉ dưới 0,5% sau 18 tháng sử dụng. Nhà máy cũng lắp đặt một máy cấp liệu khóa khí quay ở thượng nguồn để xử lý việc cấp bột liên tục, chứng tỏ cả hai công nghệ này bổ sung cho nhau như thế nào trong cùng một quy trình.
Câu hỏi thường gặp
Van quay có chịu được nhiệt độ gas trên 800 độ C không
Đúng. Với vỏ bằng thép đúc, vòng bi làm mát bằng nước và rôto làm từ 253MA hoặc Inconel 601, van quay có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ 850 đến 900 độ C. Độ hở của đầu phải được tính toán cho nhiệt độ cụ thể và sự kết hợp vật liệu.
Thiết bị nào cung cấp một con dấu chặt chẽ hơn
Van quay có lớp đệm bằng than chì và các đầu có thể điều chỉnh giúp làm kín chặt hơn và ổn định hơn so với van điều tiết dạng bướm. Việc quay liên tục ngăn chặn sự tích tụ tro và độ hở đầu tip có thể được duy trì trong suốt thời gian bảo trì.
Sự giãn nở nhiệt ảnh hưởng như thế nào đến độ hở rôto
Sự giãn nở nhiệt làm cho cả rôto và vỏ phát triển tỏa nhiệt. Nếu khe hở lạnh quá chặt, rôto sẽ bị kẹt ở nhiệt độ vận hành. Nếu khe hở lạnh quá lớn, con dấu không có hiệu quả. Tính toán khe hở thích hợp dựa trên hệ số giãn nở nhiệt cho từng vật liệu là rất quan trọng.
Có thể sử dụng van điều tiết bướm để đo liên tục không
Không. Bộ giảm chấn bướm không phải là thiết bị đo sáng. Chúng được thiết kế để tắt dòng chảy cách ly hoặc điều chỉnh. Để đo liên tục bột hoặc vật liệu dạng hạt, cần có bộ cấp liệu khóa khí quay.
Doebritz có sản xuất bộ giảm chấn bướm không
Doebritz chuyên về van quay bột và máy cấp liệu khóa khí quay. Chúng tôi không sản xuất bộ giảm chấn bướm. Đối với các ứng dụng cách ly khí ở nhiệt độ cao, chúng tôi có thể đề xuất các nhà cung cấp van điều tiết đủ tiêu chuẩn và giúp chỉ định vật liệu cũng như cơ cấu truyền động chính xác cho điều kiện vận hành của bạn.
Phần kết luận
Việc lựa chọn giữa van quay bột và van điều tiết bướm để cách ly khí ở nhiệt độ cao tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Bộ giảm chấn cánh bướm vượt trội khi tắt các thiết bị cách ly, bộ điều biến dòng chảy và ngắt khẩn cấp trong các ống dẫn khí nóng. Bộ cấp liệu khóa khí dạng quay cung cấp khả năng bịt kín vượt trội cho hoạt động liên tục với tải hạt, ngăn chặn áp suất và các ứng dụng yêu cầu dịch chuyển tích cực. Đối với nhiều nhà máy, giải pháp tối ưu là sự kết hợp của cả hai: một van điều tiết bướm để cách ly bảo trì và tắt khẩn cấp, và một van quay để cấp liệu liên tục và kiểm soát áp suất. Hiểu các nguyên tắc bịt kín, đặc tính biến dạng nhiệt và yêu cầu vật liệu của từng thiết bị sẽ đảm bảo hoạt động lâu dài đáng tin cậy trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt.
Chỉ định công nghệ cách ly nhiệt độ cao phù hợp cho quy trình của bạn. Hãy liên hệ với Doebritz Shanghai Co., Ltd. ngay hôm nay để thảo luận về nhiệt độ vận hành, điều kiện áp suất và đặc tính hạt của bạn. Các kỹ sư của chúng tôi sẽ đề xuất sự kết hợp tối ưu giữa bộ cấp liệu khóa gió quay và bộ giảm chấn cách ly cho ứng dụng của bạn, đồng thời cung cấp báo giá chi tiết phù hợp với yêu cầu của bạn.
