Запорное устройство для сред с высокой температурой

 

Запорное устройство для сред с высокой температурой предназначено для использования в трубопроводах, транспортирующих горячий газ. Запорное устройство содержит корпус 1 с уплотнительными элементами 2 и 3, охлаждаемыми хладагентом, и расположенный в корпусе с возможностью осевого перемещения запорный орган 4, охлаждаемый хладагентом. Все поверхности, контактирующие с нагретым газом, кроме поверхностей уплотнительных элементов 2 и 3 и взаимодействующих с ними уплотняющих поверхностей запорного органа, снабжены огнеупорным покрытием 15,16. При этом запорное устройство снабжено дополнительной теплопоглощающей изоляцией 17, расположенной на металлической поверхности корпуса над огнеупорным покрытием 15,16. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к запорным устройствам для газообразных сред с высокой температурой, в частности для запирания трубопроводов с горючим газом, идущих от доменного воздухоподогревателя к доменной печи и состоящих из корпуса с уплотнительными поверхностями, охлаждаемыми хладагентом, и запорного органа, расположенного в корпусе с возможностью перемещения и охлаждаемого хладагентом, причем все поверхности, находящиеся в контакте с горючим газом, за исключением уплотнительных поверхностей корпуса и уплотняющих поверхностей на запорном органе, снабжены огнеупорным покрытием.

У известных запорных устройств для горючего газа или шиберов для горячего дутья вышеуказанного типа огнеупорная обшивка выполнена по меньшей мере частично теплоизолированной для того, чтобы исключить зачастую значительные потери энергии на такой арматуре. Известно также, что из соображений экономии энергии необходимо поддерживать как можно меньшими потери тепла при охлаждении запорных органов, уплотнительных элементов, корпусов и уплотняющих поверхностей на запорных органах, в частности, за счет регулировки интенсивности охлаждения путем установки температуры охлаждаемых поверхностей лишь немного ниже верхней допустимой границы температуры.

Другая проблема при применении такой арматуры для горячего дутья заключается в том, что огнеупорная обшивка и несущие металлические конструкции сравнительно быстро корродируют. Систематические исследования показали, что такой коррозией чаще всего является кислотная коррозия. Кислота получается из кислых компонентов, входящих в горючие газы, применяющиеся для производства тепла. Эти кислоты конденсируются, если где-то в запорном устройстве длительно поддерживается уровень температур ниже точки росы кислот.

Задачей изобретения является усовершенствование запорного устройства вышеуказанного типа, обеспечивающего значительное снижение износа в связи с кислотной коррозией.

Технический результат достигается тем, что в запорном устройстве для сред с высокой температурой, содержащем корпус с уплотнительными элементами, охлаждаемыми хладагентом, и расположенный в корпусе с возможностью осевого перемещения запорный орган, охлаждаемый хладагентом, причем все поверхности, контактирующие с нагретым газом, за исключением поверхностей уплотнительных элементов и взаимодействующих с ними уплотняющих поверхностей запорного органа, снабжены огнеупорным покрытием, согласно изобретению корпус снабжен дополнительной теплопоглощающей изоляцией, расположенной на металлической поверхности корпуса под огнеупорным покрытием.

Выявлено, что кислотная коррозия возникает в меньшей степени в области поверхностей, охлаждаемых хладагентом, чем в области поверхностей, не имеющих охлаждения. Это вызвано тем, что температура поверхности, охлажденной хладагентом, не превышает или кратковременно превышает температуру точки росы кислот. Во всяком случае, интенсивность охлаждения в области охлаждаемых поверхностей можно регулировать таким образом, чтобы практически не происходило превышения температуры точки росы кислот. В противоположность этому остающиеся не охлаждаемыми и контактирующие с горючим газом поверхности вследствие не контролируемого отвода тепла часто являются значительно более холодными, вследствие чего там происходит значительно более сильная конденсация кислот. Данное изобретение позволяет за счет дополнительных мероприятий тепловой защиты внутренних поверхностей остающихся не охлаждаемыми участков арматуры поддерживать такую температуру этих участков, при которой там не происходит конденсации кислот.

Согласно предпочтительной форме выполнения устройства дополнительная теплопоглощающая изоляция выполнена из тонких матов, изготовленных из минерального волокна. Такие маты из минерального волокна обеспечивают чрезвычайно высокую тепловую защиту и могут так прочно соединяться с металлической конструкцией, что становится возможным нанести на эту дополнительную изоляцию нормальный огнеупорный слой.

Кроме того, корпус снабжен кожухом, на металлической поверхности которого расположена теплопоглощающая изоляция, а на ней огнеупорное покрытие, при этом запорный орган выполнен в виде линейно перемещающейся задвижки, имеющей форму диска и входящей в кожух в открытом положении запорного устройства.

Корпус расположен не непосредственно по ходу потока горючего газа, тем не менее нельзя избежать проникновения в кожух горючего газа в открытом положении запорного устройства и образования там конденсата на остающихся сравнительно холодными поверхностях. Для предупреждения этого и предназначена дополнительная изоляция.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения охлаждаемые поверхности запорного органа, входящие в контакт с нагретым газом, по меньшей мере частично снабжены дополнительной теплопоглощающей изоляцией.

При этом покрытия корпуса и запорного органа, взаимодействующие с рабочей средой, выполнены из плотного огнеупорного бетона, который предотвращает возникновение особенно опасной механической эрозии.

Кроме того, покрытия кожуха и корпуса, не взаимодействующие с рабочей средой, выполнены из легкого огнеупорного бетона. Огнеупорный легкий бетон, хотя и не является очень эрозионно-стойким, но имеет лучшие теплопоглощающие свойства.

На фиг. 1 изображено запорное устройство в сечении, параллельном направлению потока среды; на фиг. 2 - то же в сечении, поперечном направлению потока; на фиг. 3 - запорное устройство с запорным органом, снабженным дополнительной изоляцией.

На фиг. 1 показан корпус 1, имеющий, как правило, круглую форму. В корпусе 1 расположены два кольцевых уплотнительных элемента 2 и 3, через которые протекает хладагент. Уплотнительные элементы 2 и 3 расположены на некотором расстоянии друг от друга по ходу рабочей среды и выполнены в радиальном направлении как можно более узкими для сведения потерь тепла к минимому. Между уплотнительными элементами 2 и 3 вдвигается диск 4 задвижки, являющийся запорным органом. Диск 4 задвижки выполнен в виде полого корпуса со спирально проходящими внутри него каналами, через которые протекает хладагент, например охлаждающая вода. По периферии диска 4 задвижки на кольцеообразном полом корпусе 5 находятся уплотняющие поверхности 6 и 7 диска. Полый корпус 5 задвижки входит в циркуляционный контур охлаждающей воды диска 4 задвижки и так же, как и уплотнительные элементы 2 и 3, выполняется очень узким в радиальном направлении для сокращения потерь тепла.

Диск 4 задвижки крепится на двух подающих штангах 8 и 9, выполненных полыми и служащих одновременно для подачи и отвода хладагента. Подающие штанги 8 и 9 проходят через кожух 10, фланец которого присоединен к фланцу на верхней стороне корпуса 1, кожух 10 имеет такую форму и размеры, что в открытом положении запорного устройства в нем размещается диск 4 задвижки.

На верхней стороне кожуха 10 закреплен установочный механизм 11, рабочий орган которого соединен через подающие штанги 8 и 9 с диском 4 задвижки. Участки подающих штанг 8 и 9 проходят через закрепленные на верхней стороне кожуха 4 соответствующие уплотнительные втулки 12 и 13, которые предотвращают утечку нагретого газа через верхнюю сторону кожуха 10. Кожух 10 имеет на своей наружной стороне охлаждающие ребра жесткости 14.

За исключением узких уплотнительных элементов 2 и 3 и таких же узких уплотняющих поверхностей 6 и 7 диска 4 задвижки, все внутренние поверхности устройства, контактирующие с нагретым газом, снабжены огнеупорным покрытием. В частности, все поверхности, расположенные непосредственно на пути прохождения нагретого газа, то есть диск 4 задвижки и внутренняя стенка корпуса 1, снабжены достаточно толстым слоем плотного и имеющего особенно высокую механическую прочность огнеупорного бетона 15. Внутренние поверхности, не контактирующие непосредственно с нагретым газом, например внутренние поверхности кожуха 10 и некоторые участки корпуса 1, имеют покрытие в виде слоя 16 из легкого огнеупорного бетона, который, хотя и имеет не такую высокую прочность, но обладает хорошей теплопоглощающей способностью.

Согласно изобретению, как видно на фиг. 1 и 2, поверхности корпуса, не имеющие охлаждения, снабжены дополнительной изоляцией 17. Эта дополнительная изоляция 17 состоит из тонкого, имеющего высокие свойства теплопоглощения, мата из минерального волокна, который расположен между несущей металлической конструкцией и огнеупорным покрытием 15, 16.

Благодаря дополнительной изоляции 17 в зоне остающихся без охлаждения поверхностей также не происходит неконтролируемого оттока тепла, благодаря чему температура на внутренних поверхностях может поддерживаться на таком высоком уровне, что надежно предотвращается конденсация кислот. Последнее особенно касается больших поверхностей кожуха 10.

Что касается поверхностей, охлаждаемых хладагентом, то за счет соответствующего управления интенсивностью охлаждения удается обеспечить превышение температуры поверхностей, контактирующих с нагретым газом под температурой точки росы кислот. Поэтому в устройстве согласно изобретению можно исключить обычно располагаемые в самом низком месте таких запорных устройств патрубки для слива жидкого конденсата.

В примере выполнения по фиг. 3 не только неохлаждаемые поверхности снабжены дополнительной изоляцией 17. Эта дополнительная изоляция находится также в зоне охлаждаемых поверхностей, например на поверхности диска 4 задвижки. Эта дополнительная изоляция должна учитываться при регулировании интенсивности охлаждения. За счет этих дополнительных мероприятий могут быть значительно снижены тепловые потери в контуре охлаждающей воды.

Формула изобретения

1. Запорное устройство для сред с высокой температурой, содержащее корпус с уплотнительными элементами, охлаждаемыми хладагентом, и расположенный в корпусе с возможностью осевого перемещения запорный орган, охлаждаемый хладагентом, причем все поверхности, контактирующие с нагретым газом, за исключением поверхностей уплотнительных элементов и взаимодействующих с ними уплотняющих поверхностей запорного органа, снабжены огнеупорным покрытием, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной теплопоглощающей изоляцией, расположенной на металлической поверхности корпуса под огнеупорным покрытием.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительная теплопоглощающая изоляция выполнена из тонких матов, изготовленных из минерального волокна.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что корпус снабжен кожухом, на металлической поверхности которого расположена теплопоглощающая изоляция, а на ней огнеупорное покрытие, при этом запорный орган выполнен в виде линейно перемещающейся задвижки, имеющей форму диска и входящей в кожух в открытом положении запорного устройства.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что охлаждаемые поверхности запорного органа, входящие в контакт с нагретым газом, по меньшей мере частично снабжены дополнительной теплопоглощающей изоляцией.

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что покрытия корпуса и запорного органа, взаимодействующие с рабочей средой, выполнены из плотного огнеупорного бетона.

6. Устройство по п. 1 или 4, отличающееся тем, что покрытие кожуха и покрытие корпуса, не взаимодействующие с рабочей средой, выполнены из легкого огнеупорного бетона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3