一、前言

    PTA是化纖等工業的重要有機原料之一。隨著石油化工業的發展，PTA被廣泛用于化學纖維、輕工、電子、建筑等國民經濟的各個方面。PTA裝置用的耐蝕、耐磨損、高溫硬密封球閥的工作介質為醋酸且含少量氫溴酸、對苯二甲酸漿料，工作溫度為200℃。因此，介質具有強烈的腐蝕性，顆粒硬度高磨損及沖蝕強等特點。由于普通軟密封球閥的閥座一般采用聚四氟乙烯（PTFE），增強型聚四氟乙烯（RPTFE）或其他高分子合成材料，使用溫度一般都不高于180℃。并且使用介質中一般不允許帶有堅硬的固體顆粒或纖維成分，否則軟密封閥門的閥座就會劃傷而使密封失效。這就限制了普通軟密封球閥在PTA裝置中的應用。而醋酸和氫溴酸具有超強腐蝕性，一般不銹鋼等材料難以抗其腐蝕，而只有哈氏合金C—276（HastelloyC—276）才能抗醋酸和氫溴酸的超強腐蝕性。目前滿足此類裝置條件的硬密封球閥大部分依賴國外進口。

    二、結構特點

    根據PTA裝置條件，適用于高溫、高壓、強腐蝕性以及含對二甲酸漿料顆粒等介質的新型硬密封球閥應具有如下特點：

    （1）耐高溫能長期工作在不低于450℃的高溫狀態下，適用于大多數高溫工況條件要求。

    （2）耐高壓能在壓力級不低于CL600的工況下長期工作。

    （3）耐腐蝕能滿足抗醋酸和氫溴酸的強烈腐蝕性能。

    （4）耐磨損能滿足對苯二甲酸漿料等（漿料中固體顆粒硬度為52HRC）特殊介質的耐磨性要求。

    （5）雙向密封能保證閥門的雙向密封，使閥門的密封性能得到提高。同時也保證了介質逆向流動時的密封性能，為防止介質倒流提供了必要的保障。

    （6）耐沖蝕閥座選用了Ni-Cr-Mo系列的耐腐蝕性能極佳的哈氏C（HastelloyC）鎳基合金，它含有極低的碳和硅，具有良好的耐腐蝕性；球體選用了沉淀硬化Ni-Cr-Fe耐腐蝕性能好、強度和硬度高的英康乃爾鎳基合金。它的硬度系數高，耐磨性好。由于所選密封材料之間的合適硬度差和密封結構的設計，保證了閥門的使用壽命。

    三、技術難點

    相對普通的硬密封球閥來說，PTA裝置用硬密封球閥要適用于高溫、高壓、強腐蝕、強沖蝕等工況條件，在設計和制造過程中存在不少技術難點。

    （1）密封比壓高PTA裝置用高溫耐腐蝕耐磨硬密封球閥由于采用金屬材料為密封面，所需要的密封比壓比軟密封要求高得多，因此，如何從設計上保證適當的密封比壓，提高零件的幾何公差及提高表面粗糙度要求是十分重要的。

    （2）保障自潔功能固體顆粒黏附在球體上，在閥門啟閉過程中，介質顆粒被帶到閥座與球體密封面之間，破壞了球體與閥座之間的密封副，從而影響了閥門的密封性能，使閥門的使用壽命大大縮短。這就要求閥門的閥座與球體間，閥座具有“刀口”功能，在運行中可以將黏附在球體上的漿料顆粒沉淀硬化物質“刮削”掉，即要求該球閥具有很好的“自清潔”功能，從而保證球體和閥座密封副不被破壞。

    （3）加工難由于PTA裝置用高溫耐腐蝕、耐磨硬密封球閥的密封表面均采用超硬材料，用普通刀具無法加工，即使能加工其加工精度也不能滿足要求，同時還要求加工設備具有足夠的強度，因此選擇合適的刀具非常重要。

    四、問題解決方法

    根據上述技術難點，要設計和制造出相應PTA裝置用高溫耐腐蝕耐磨硬密封球閥，就必須有切合實際的可行性解決方法。

    （1）閥座彈簧補償結構由于采用金屬材料作為密封面，所需密封比壓比軟密封要高得多，從結構設計上保證提供密封比壓顯得尤為重要。所以采用“彈簧+閥座”的組合閥座結構，通過彈簧提供初始預緊密封比壓。閥座外徑裝有特殊材質的O形耐高溫的密封圈，閥座與閥體閥座孔動配合，使浮動閥座有活塞效應，在彈簧預緊力的作用下使兩邊閥座緊緊地抱緊球心，達到進口、出口雙向及低壓、高壓均可密封的效果，并可做到零泄漏。閥座密封面設計成梯形環面，可以極好地阻止固體顆粒進入閥座后面的彈簧，而使彈簧始終能正常的工作，因而保證了球體與閥座之間的良好密封。

    （2）密封副配對材料密封副配對材料的選擇直接關系到閥門的性能，使用壽命和操作扭矩。根據熱處理條件以及機加工手段，閥座選用了Ni-Cr-Mo的耐腐蝕性能極佳的哈氏C（HastelloyC）鎳基合金，它含有極低的碳和硅，具有良好的耐腐蝕性。球體選用了沉淀硬化Ni-Cr-Fe耐腐蝕性能好、強度和硬度高的英康乃爾鎳基合金。它的硬度系數高。由于所選密封材料之間的合適硬度差和密封結構的設計，使得該球閥具有良好的密封性能，耐腐蝕、耐高溫、耐磨損，啟閉輕松，使用壽命長。同時還解決了由于頻繁開啟而造成密封面之間的磨損。

    五、采取的技術方案

    PTA用哈氏C合金（HastelloyC）耐腐蝕、高溫、耐磨球閥，包括左右體、中體、球體、閥座、閥桿、密封圈、底蓋、前蓋及傳動裝置，其閥座密封形式選用了一種楔式帶有哈氏C合金的金屬絲成型柔性石墨密封環。高溫耐磨硬密封球閥如下圖所示。閥座設計成梯形環面，閥門為全通徑，三件式固定球，法蘭螺栓連接，閥體和球體通道為同一中心線，閥門的密封形式為線密封，閥座為浮動閥座，雙重密封。

PTA裝置用抗氫溴酸高溫耐磨硬密封球閥

    六、結語

    PTA裝置用高溫耐腐蝕耐磨硬密封球閥成功地應用于重慶蓬威石化PTA裝置，替代了進口產品，滿足了其工況要求。PTA裝置用抗醋酸和氫溴酸強腐蝕、耐高溫、耐磨的哈氏C合金、自潔功能硬密封球閥已經獲得了國家專利。