一种耐高温防爆阀及其工作方法 |
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| 申请号 | CN201510456847.5 | 申请日 | 2015-07-29 | 公开(公告)号 | CN105003698A | 公开(公告)日 | 2015-10-28 |
| 申请人 | 北京矿大节能科技有限公司; | 发明人 | 王建学; 王杏坤; 萧琦; 孟杰; 索金莉; | ||||
| 摘要 | 一种耐高温防爆 阀 及其工作方法，包括进气管道、隔 热层 、 铝 膜片、连接 螺栓 组件、扩散整流段、格栅和进气管外保温； 隔热 层上部设置铝膜片，可有效隔断炉窑内或烟气管道内的热传导，保护铝膜片不受高温侵蚀；进气管道连接扩散整流段，可加大通流面积，降低爆破后气流的速度，同时约束气流，使其向上喷出，减少因气流四处扩散而造成的人员或设备的损害；进气管道上设置导流喷管，在更换铝膜片及隔热层时，通过导流喷管通入压缩空气，形成 负压 ，使气流由防爆阀通入炉窑内或高温烟气管道内，以保护操作人员；本 发明 可广泛适用于烟气 温度 不超过850℃的热 风 炉、焚烧炉、高温烟气管道的泄压及防爆。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种耐高温防爆阀，其特征在于：包括进气管道、隔热层、铝膜片、连接螺栓组件、扩散整流段、格栅和进气管外保温； |
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| 说明书全文 | 一种耐高温防爆阀及其工作方法技术领域背景技术[0002] 常规防爆阀主要分为三大类：一类是铝膜片式，此类防爆阀的使用温度受到铝膜片的温度限制，通常使用温度不超过300℃，一旦超过此温度，铝膜片就会受热变软，强度降低甚至熔化；另一类是锅炉行业惯用的高压防爆阀，此类防爆阀利用弹簧收缩开启及复位，开启压力多达十几公斤，适用于高压场合，且在阀盖上设有耐火浇注料，有较好的隔热性能，但是此类阀门开启压力太高，不适用于低压炉窑，且加工制作繁琐，工艺要求高；第三类为重力式，爆破压力即为阀盖的自身重力，并依靠阀盖重力压紧阀座上的密封圈进行密封；此类阀门可在阀盖上做浇注料，但是由于自身结构的局限性，保温层较薄，不宜承受高温(一般不宜超过600℃)，且重力压紧往往密封不严，易产生泄漏。 [0003] 对于热风炉、焚烧炉及某些烟气管道来说，其产生及输送的烟气温度往往高达800℃以上，而且要求良好的密封，以免因正压运行炉气外泄而造成人员或设备损害。这就要求使用一种耐高温、密封好的防爆阀。特别是对一些较小的窑炉或较细的管道，因体积或口径较小，而保温层又较厚，用耐火烧注料做内保温过于繁琐，性价比也不高，则通常直接用不锈钢或耐热钢管输送(管道做外保温)，这就要求防爆阀的进气管口径与高温烟气管道配套，不能出现因进气管过粗而无法与高温烟气管道焊接的问题。 发明内容[0004] 为克服现有防爆阀功能、结构的上述缺点和不足，本发明的目的在于：提供一种耐高温、密封性好的防爆阀及其工作方法，适用于烟气温度不超过850℃的热风炉、焚烧炉、高温烟气管道等的泄压及防爆。 [0005] 本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是： [0007] 进气管道的一端外接炉窑或烟气管道，进气管道的另一端通过连接螺栓组件连接扩散整流段； [0008] 隔热层分为上隔热层和下隔热层，上隔热层设置在进气管道与扩散整流段的连接处，下隔热层设置在进气管道内部焊接的托板上，上隔热层和下隔热层之间留有一定间隙d； [0010] 扩散整流段由接口小直段、扩散段、整流直段依次连接而成，接口小直段连接进气管道，扩散段是开口小出口大的锥形圆管，将进气管道口径扩大，以增加通流面积，降低流速和阻损，整流直段是直形圆管，约束爆破后的气流，使其有规则的向一个方向喷出，避免其四散造成不必要的损害，整流直段的通流面积A2与接口小直段的通流面积A1的比值A2/A1为2～6； [0012] 进气管道外部敷设进气管外保温。 [0013] 优选地，上隔热层和下隔热层之间的间隙d为50mm～70mm。 [0014] 优选地，格栅的网格边长为50mm～80mm。 [0016] 优选地，进气管道和导流喷管的材质可采用0Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti耐热钢管； [0017] 优选地，在进气管道上还设置有球阀和导流喷管，导流喷管由导流直段和圆环段组成，在圆环段上开若干个喷孔，各喷孔沿圆环段圆周方向均匀分布，各喷孔开口方向与圆环段中心线呈45度角，所述球阀为铸钢或不锈钢球阀，通断压缩空气，当压缩空气通过球阀和导流喷管直段进入到圆环段，气流经多个小喷孔形成一个呈45度向下的锥形气幕，气幕向下运动，能够阻止高温烟气溢出，并形成负压，将外界大气通过防爆阀带入炉窑内或高温管道内。 [0018] 上述，上隔热层的厚度为10mm～25mm，下隔热层厚度为30mm～100mm。 [0019] 优选地，上隔热层厚度为10mm～15mm，下隔热层厚度为30mm～50mm。 [0020] 一种耐高温防爆阀的工作方法，其特征在于： [0021] --进气管道的一端外接炉窑或烟气管道，进气管道的另一端通过连接螺栓组件连接扩散整流段； [0022] --隔热层分为上隔热层和下隔热层，上隔热层设置在进气管道与扩散整流段的连接处，下隔热层设置在进气管道内部焊接的托板上，上隔热层和下隔热层之间留有间隙； [0023] --隔热层采用陶瓷纤维毡，隔热层上方设置铝膜片，铝膜片中心位置刻划十字形沟槽，铝膜片厚度为0.5mm～3mm，铝膜片沟槽深度为0.3mm～2mm； [0024] --扩散整流段由接口小直段、扩散段、整流直段依次连接而成，接口小直段连接铝膜片进气管道，扩散段是开口小出口大的锥形圆管，整流直段是直形圆管，整流直段的通流面积A2与接口小直段的通流面积A1的比值A2/A1为2～6； [0025] --格栅由纵横交错的钢筋组成网格状结构，格栅固定设置在整流直段内部； [0026] --进气管道外部敷设进气管外保温； [0027] 当发生爆破时，爆破高温气流冲破隔热层和铝膜片，形成混合有隔热层碎块的高温气流，此高温混合流经扩散整流段进行扩散及整流，速度和冲击力有所下降，再经过格栅的阻隔作用，高温混合流中体积较大的碎块被格栅拦截，最终在重力作用下落入炉窑或烟气管道底部，体积小于隔栅网格间隙的碎块随高温气流向上冲入大气，高温气流随着动能的消耗逐渐消散，与大气溶为一体，冲出的小碎块冲至一定高度动能耗尽，在重力的作用下飘落至地面，在此过程中小碎块已经过空气冷却降温，且其体积小、密度轻，不会对人员或设备选成伤害； [0028] 爆破发生后，若炉窑或烟气管道内为负压，直接拆卸连接螺栓组件，更换隔热层和铝膜片。 [0029] 优选地，在进气管道上还设置有球阀和导流喷管，导流喷管由导流直段和圆环段组成，在圆环段上开若干个喷孔，各喷孔沿圆环段圆周方向均匀分布，各喷孔开口方向与圆环段中心线呈45度角；爆破发生后，需要更换隔热层和铝膜片时，若炉窑或烟气管道内为正压，先打开球阀，向导流喷管中通入压缩空气，气流经导流喷管圆环段上的多个小喷孔形成一个呈45度向下的锥形气幕，气幕向下运动，阻止高温烟气溢出，炉窑或烟气管道内形成负压，然后拆卸连接螺栓组件，更换隔热层和铝膜片；爆破发生后，若炉窑或烟气管道内为负压，直接拆卸连接螺栓组件，更换隔热层和铝膜片。 [0030] 本发明的创新点在于：1、设置了隔热层，可有效隔断炉窑或高温管道对铝膜片的热传导，保护铝膜片不受高温侵蚀；2、设有扩散整流段，可加大爆破后气流的通流面积，降低气流速度和阀门阻损，同时约束气流，使其向上喷出，减少因气流四处扩散而造成的人员或设备的损害；3、设置有导流喷管和球阀，在更换铝膜片及隔热层时，通过球阀及导流喷管通入压缩空气，在防爆阀处形成负压，使常温空气由防爆阀通入炉内或高温管道内，以保护操作人员。 [0031] 与传统防爆阀比较，本发明的优点在于：1、该阀门利用铝膜片作为爆破片，同时用陶瓷纤维毡作为隔热层以阻断高温烟气对铝膜片的热侵蚀，防止其在高温情况下强度降低或熔化，保证其爆破压力值，能够承受850℃的高温，克服了铝膜片式阀门耐温低的特点；2、相对于同等口径的耐高温防爆阀来说，阀门体积小，安装方便，且密封性好；3、整个阀门结构简单，不含浇注料隔热层，不需浇注成形，制作、维护简便。 附图说明 [0032] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 [0033] 图1是本发明第一个实施例的结构示意图； [0034] 图2是本发明第二个实施例的结构示意图； [0035] 图3是本发明中格栅的结构示意图； [0036] 图4是本发明第一个实施例中导流喷管的结构示意图； [0037] 图中： [0038] 进气管道(1)、隔热层(2)、上隔热层(21)、下隔热层(22)、托板(23)、铝膜片(3)、连接螺栓组件(4)、扩散整流段(5)、接口小直段(51)、扩散段(52)、整流直段(53)、格栅(6)、进气管外保温(7)、球阀(8)、导流喷管(9)、导流直段(91)、圆环段(92)、喷孔(93)。 具体实施方式[0039] 下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0040] 图1为本发明的第一实施方式，本发明的耐高温防爆阀，包括进气管道1、隔热层2、铝膜片3、连接螺栓组件4、扩散整流段5、格栅6、进气管外保温7、球阀8和导流喷管9等。 [0041] 进气管道1的一端直接与炉窑或烟气管道连接，进气管道1材质可采用耐热钢(0Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti)，进气管道1的另一端通过连接螺栓组件4连接扩散整流段5。 [0042] 隔热层2分为上隔热层21和下隔热层22，下隔热层22设置在进气管道1内部焊接的圆环托板23上，下隔热层22主要起隔热作用，上隔热层21设置在进气管道1与扩散整流段5的连接处，上隔热层21主要起到密封作用，同时兼具隔热功能。上隔热层21的厚度为10mm～25mm，下隔热层22厚度为30mm～100mm，上隔热层21和下隔热层22之间留有一定间隙d，d为50mm～70mm。隔热层2的厚度根据高温烟气温度而定，当烟气温度高时选择较厚的隔热层，当烟气温度较低时选择较薄的隔热层。 [0043] 隔热层2上方设置铝膜片3，铝膜片3在中心位置刻划十字形沟槽，铝膜片3厚度为0.5mm～3mm，沟槽深度为0.3mm～2mm。 [0044] 隔热层2是本设备耐高温的关键部件，在温度超过600℃时，传热方式由对流传热变为以辐射传热为主，即使防爆阀在系统正常工作时不存在气流流动，但会由于高温辐射的作用将高温烟气的热量传递到铝膜片3上，造成铝膜片3的受热变形、强度变低甚至熔化。隔热层2采用陶瓷纤维毡，热导率低、热容量小、密度轻、成本低廉且易于获得；因其强度低，不会增加影响铝膜片3的爆破阻力，又能确保在高温时保持自身形状并承受铝膜片3的重量，是一种理想的隔热材料。 [0045] 扩散整流段5由接口小直段51、扩散段52、整流直段53依次连接而成；接口小直段51连接进气管道1，主要起连接和过渡作用；扩散段52是开口小出口大的锥形圆管，将进气管道口径扩大，以增加通流面积，降低流速和阻损；整流直段53是直形圆管，其作用是约束爆破后的气流，使其有规则的向一个方向喷出(宜设置为向上)，避免其四散造成不必要的损害；整流直段53的通流面积A2与接口小直段51的通流面积A1的比值A2/A1为2～6。 [0046] 如图3所示，格栅6由纵横交错的钢筋组成网格状结构，焊接于扩散整流段5上，位于整流直段53内，格栅6的功能是阻挡爆破时的大块碎块冲出防爆阀造成伤害，格栅6的网格为50mm～80mm，太大则不产生阻拦作用，太小则影向通流面积，增加气流阻力。 [0047] 进气管外保温7主要起到保温隔热及防护作用，因进气管道1直接与炉窑或高温烟气管连接，温度较高，故在防爆阀安装到位后，需对进气管道1作外保温。外保温材质选用陶瓷纤维毯，厚度一般为50mm～150mm，陶瓷纤维毯外包覆镀锌钢板，钢板接缝处用锚钉连接，此种结构不仅保温隔热性能好，且外形美观，易于施工。 [0048] 如图1和图4所示，在进气管道1上还设置有球阀8和导流喷管9，导流喷管9由导流直段91和圆环段92组成，材质可以为0Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti耐热钢管，在圆环段92上开若干个喷孔93，各喷孔93沿圆环段92圆周方向均匀分布，各喷孔93开口方向与圆环段中心线呈45度角，球阀8为铸钢或不锈钢球阀，主要起通断压缩空气的作用。这样当压缩空气通过球阀8和导流喷管直段91进入到圆环段92，气流经多个小喷孔93形成一个呈45向下的锥形气幕，气幕向下运动，能够阻止高温烟气溢出，并形成负压，将外界大气通过防爆阀带入炉内或高温管道内。导流喷管9的主要作用是当防爆阀产生爆破后，隔热层2和铝膜片3破裂损坏，需要重新更换，而当炉温高且炉内不能形成负压时，会有高温烟气从防爆阀溢出，为操作人员带来危险和不便，通过设置导流喷管9形成防爆阀处负压，大气由炉外通入炉内，则可消除上述危险及不便。 [0049] 此外，向导流喷管9内通入的是压缩空气，此气体只有更换隔热层2及铝膜片3时通入即可，其余时间不需通入。 [0050] 本发明实施方式可耐温850℃，爆破压力0.1MPa，且因设置球阀8和导流喷管9,适用于各种炉压(正压、负压或零压)，其工作方法为： [0051] 1)当发生爆破时，爆破高温气流冲破隔热层2和铝膜片3，形成混合有隔热层2碎块的高温气流(有时还会混合有铝膜片碎片)，此高温混合流经扩散整流段5进行扩散及整流，速度和冲击力有所下降，再经过格栅6的阻隔作用,高温混合流中体积较大的碎块被格栅6拦截，最终在重力作用下落入炉底，体积小于隔栅6网格间隙的碎块随高温气流向上冲入大气，高温气流随着动能的消耗逐渐消散，与大气溶为一体，冲出的小碎块冲至一定高度动能耗尽，在重力的作用下飘落至地面，在此过程中小碎块已经过空气冷却降温，且其体积小、密度轻，不会对人员或设备选成伤害。 [0052] 2)爆破发生后，需要更换隔热层2和铝膜片3时，窑炉或高温烟气管道仍有较高温度，此时若炉内为正压，则必须打开球阀8，向导流喷管9中通入压缩空气，气流经导流喷管9圆环段92上的多个小喷孔93形成一个呈45度向下的锥形气幕，气幕向下运动，不但能够阻止高温烟气溢出，并能形成负压，将外界大气通过防爆阀带入炉内或高温管道内，这样既可以保护操作人员的安全，又可以降低操作温度；爆破发生后，此时若炉内为负压，则无须打开球阀8，可直接拆卸连接螺栓组件4，更换隔热层2和铝膜片，重新使用。 [0053] 图2为本发明的第二种实施方式，相比第一种实施方式，隔热层2相对较薄，上隔热层21厚度为10mm～15mm，下隔热层22厚度为30-50mm，可耐温500℃，爆破压力0.1MPa，且未设置球阀8和导流喷管9，适用于炉压为负压的情况(在防爆阀维修及更换备件时炉压必须为负，正常运行时炉压可以为正压)。此种实施方式在发生爆破时的情况与第一种实施方式完全相同，其不同之处在于，未设置球阀8和导流喷管9，故在更换隔热层2和铝膜片3时，要求炉压必须为负，以免因炉气外溢对操作人员造成伤害。 |
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