CN112797211B - 一种排料方法、排料控制阀及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排料方法、排料控制阀及其应用，排料控制阀主要包括阀壳体、电磁线圈、长杆阀芯、持续小流量排料通道、间歇性大流量排料通道以及具有拉瓦尔喷管特性的排料出口。本发明在集成了具备拉瓦尔喷管特性的阀门出口基础上，采用了持续小流量排料、间歇性大流量排料的思路，对于超临界水氧化反应实现了阀在高温、高压条件下的可靠性工作，延长其有限工作次数范围内的工作周期，并尽可能的降低了排料对超临界水氧化反应釜内的干扰，提高超临界水氧化反应釜内反应物的滞留时间。

Description

一种排料方法、排料控制阀及其应用

技术领域

本发明属于控制阀技术领域，特别是用于高压、高温等化工设备的物料控制方法和控制阀，具体涉及一种超临界水氧化反应装置的排料控制阀。

背景技术

由于超临界水氧化装置在处理废液时，具有进料流量小、温度高、压力大、生成物含盐的特点。

在现有的超临界水氧化装置中，若采用持续排料，为保证反应釜内压力不下降，其排料通道孔径非常小，在使用过程中容易被生成的无机盐堵塞，使得反应釜有压力过高不可控的风险。若采用间歇式控制方式，则会出现阀门动作频率高，使用寿命损耗快的缺点，并且会造成反应釜压力频繁波动，反应物受到的扰动大，严重情况下会降低滞留时间，不利于反应充分进行。

另外一方面，若对高温高压气体直接进行排放，其压力及温度依然处于非常高的状态，对其后续收集装置提出了较高要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种排料方法、排料控制阀及其应用，针对超临界水氧化反应的排料阀，实现阀在高温、高压条件下的可靠性工作，延长排料阀在有限工作次数范围内的工作周期，并尽可能的降低排料对超临界水氧化反应装置内的干扰(特别是压力频繁波动)，提高超临界水氧化反应装置内反应物的滞留时间。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种排料方法，用于超临界水氧化反应装置的排料，排料时通过两个流通截面不相等的通道进行，其中：

流通截面较小的通道为常开状态，持续排料；

流通截面较大的通道为常闭状态，间歇性排料。

进一步，所述流通截面较小的通道和所述流通截面较大的通道共用一个进料通道，且流通截面较小的通道排料时使用流通截面较大的通道作为排料通道。

进一步，所述流通截面较小的通道为呈拉瓦尔喷管状的通道，所述流通截面较大的通道为呈拉瓦尔喷管状的通道，其中，记Фde1、Фdt1分别为流通截面较小的通道出口端内径和进口端内径，Фde2与Фdt2分别为流通截面较大的通道出口端内径和进口端内径，通过改变Фde1与Фdt1的比值或Фde2与Фdt2的比值控制排料的压力和温度，通过改变Φdt1或Φdt2的大小调整排料流量。

一种排料控制阀，包括，

阀壳体，所述阀壳体有阀腔；

对外进料接口，所述对外进料接口位于阀壳体上并与阀腔连通；

长杆阀芯，所述长杆阀芯滑动连接在阀壳体的阀腔内；

第一排料通道，所述第一排料通道包括位于长杆阀芯末端的第一子通道和小流量喷管，第一子通道贯穿长杆阀芯，第一子通道和小流量喷管连通；

第二排料通道，所述第二排料通道包括第二子通道和大流量喷管，大流量喷管位于阀壳体的一端且在长杆阀芯的滑动路径延长线上，当长杆阀芯远离大流量喷管的进口端面时，长杆阀芯末端与大流量喷管的进口端面之间形成了第二子通道，第二子通道的流通截面大于第一子通道的流通截面，当长杆阀芯末端紧贴大流量喷管的进口端面时，小流量喷管的出口端与大流量喷管的进口端连通。

进一步，所述小流量喷管和大流量喷管均为拉瓦尔喷管，所述对外进料接口的进料通道内径为ФD2，所述第一子通道的内径为ФD1，小流量喷管的进口端内径为Φdt1，出口端内径为Φde1，大流量喷管的进口端内径为Φdt2，出口端内径为Φde2，其中：

Φdt1对应的流通截面小于ФD1形成的进口面积；

Фdt1对应的流通截面小于Фde1形成的出口面积；

Φdt2对应的流通截面小于ФD2所形成的进口面积；

Φdt2对应的流通截面小于长杆阀芯远离大流量喷管的进口端面高度h时形成的呈环缝隙状的第二子通道的进口面积；

Φdt2对应的流通截面小于Фde2所形成的出口面积；

Φdt1对应的流通截面小于Φdt2对应的流通截面。

进一步，所述小流量喷管包括依次连接的圆柱形的进口段、圆锥形过渡段和圆柱形出口段，所述大流量喷管包括依次连接的圆柱形进口段和圆锥形出口段。

进一步，排料控制阀还包括阀控制单元，所述阀控制单元与阀壳体可拆卸连接。

进一步，所述对外进料接口上设置有锥形密封结构和连接螺纹。

进一步，述小流量喷管、大流量喷管、对外进料接口和第一子通道的流通截面为圆形、椭圆形或矩形。

一种前述排料控制阀的应用，用于超临界水氧化反应釜或超临界水氧化反应系统的反应物排料控制。

与现有技术相比，本发明的排料方法和排料阀具备以下优势：

(1)采用了持续小流量排料、间歇性大流量排料的思路来控制排料，由于小流量喷管持续排料，保证了反应装置内的压力、温度稳定，当小流量喷管无法满足压力控制需求时，大流量喷管介入，快速调整反应装置的压力和温度。该排料方法可以极大提高有限工作寿命次数内排料阀的工作周期，降低反应釜压力波动频率，减小对反应装置内反应物质的干扰，增加了反应滞留时间，降低了反应装置的使用及维护成本。

(2)小流量喷管和大流量喷管都采用了拉瓦尔喷管结构，利用拉瓦尔喷管的结构特性，实现了快速降温、降压，达到安全排放温度及压力。

(3)高温、高压的被排物料经过小流量喷管降温降压后形成的冷状态物料对长杆阀芯与大流量喷管组成的阀芯出口结构具有冷却防护作用，降低高温带来的不利影响，可以有效提高排料阀的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中排料控制阀的剖面示意图，图中长杆阀芯末端紧贴大流量喷管的进口端面，小流量喷管持续排料，大流量喷管未排料；

图2为本发明中排料控制阀的剖面示意图，图中长杆阀芯末端远离大流量喷管的进口端面，小流量喷管持续排料，大流量喷管开始排料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。

如图1和图2所示，为解决现有超临界水氧化反应装置中存的排料问题，本实施例中的排料阀采用小流量持续排料，大流量间歇性排料的双通道工作模式，将两个通道中的排料出口集成设计为拉瓦尔喷管形式，进行快速降温降压；其中小流量持续排料通道为常开状态，大流量间歇性排料通道为常闭状态。

排料阀持续排料的通道孔径较小，直接连通内部排料管道与小流量喷管5，进行持续性小流量排料，在持续进料的情况下该通道的连续排料不会造成反应装置内压力下降；另一主通道孔径较大，处于常闭状态，当小孔径排料无法抑制反应装置且超过控制运行压力时，通过自动控制排料阀主通道的开启及关闭，间歇性大流量排放反应产物从而控制反应装置内的压力在安全运行压力范围内，大流量的排料通过大流量喷管6进行快速降压降温，再进入后续收集装置中。利用小通道持续排料，大通道间歇性排料的思路，可以极大提高有限工作寿命次数内排料阀的工作周期，降低反应釜压力波动频率，减小对反应装置内反应物质的干扰，增加了反应滞留时间，降低了反应装置的使用及维护成本。通过排料阀的被排产物经过拉瓦尔形状的排料用小流量喷管5和大流量喷管6快速降温、降压达到安全排放温度及压力后，再进入后续的收集池中，有效降低了对排料产物收集设备的要求。

在持续小流量排料过程中，高温、高压的被排物料经过小流量喷管5降温降压后形成的冷状态物料对长杆阀芯3与大流量喷管6组成的阀芯出口结构具有冷却防护作用，降低高温带来的不利影响，可以有效提高排料阀的使用寿命。

排料阀主要由阀控制单元1、阀壳体2、长杆阀芯3、电磁线圈、对外进料接口4组成，其中小流量喷管5位于长杆阀芯3上的主阀口密封端，对外进料接口4及大流量喷管6位于阀壳体2主阀进、出口位置，长杆阀芯3通过电磁线圈驱动在阀壳体2的阀腔中移动，实现长杆阀芯3端面与大流量喷管6进口端的密封。排料阀有两种工作模式，第一种为长杆阀芯3端面密封大流量喷管6进口端时，被排放的物料从对外进料接口4进入阀腔，再从第一子通道(孔径较小的通道，图1中对应ФD1)经小流量喷管5排放进入大流量喷管6，最终排出排料阀；第二种为长杆阀芯3提升，其端面远离大流量喷管6进口端时，在长杆阀芯3端面与大流量喷管6进口端面(密封面)之间形成了一条环形圆柱面间隙(第二子通道，图2中高为h的圆柱面)，阀腔内的被排放物料从环形圆柱面进入主通道(等效孔径较大的第二子通道)，最后进入大流量喷管6排出，作为一种选择，大流量喷管6进口端可以设计为一个如图2所示的倒锥形进口。

阀控制单元1为一般形式的控制用阀门结构，与阀壳体2采用螺纹装配对接或者其它形式的可拆卸装配形式，形成模块化，以便于阀门受损时进行零部组件的快速更换及维修。

小流量喷管5、大流量喷管6与各自排料通道采用了一体化集成设计，分别位于长杆阀芯3、阀壳体2上，简化了阀体结构。

对外进料接口4与外接装置采用锥形接口密封、螺纹紧固连接的形式，也可以采用其他如对接密封面的可拆卸形式。

在小流量喷管5中各通道结构具有以下关系：排料通道Φdt1的流通截面小于通道ФD1所形成的进口面积，排料通道Фdt1的流通截面小于其出口Фde1所形成的出口面积。

在大流量喷管6中各通道结构具有以下关系：排料通道Φdt2的流通截面小于通道ФD2所形成的进口面积，排料通道Φdt2的流通截面小于长杆阀芯3打开高度h时所形成的环缝隙进口面积，排料通道Φdt2的流通截面小于其出口Фde2所形成的出口面积。

其中小流量喷管5排料通道Φdt1的流通截面小于大流量喷管6排料通道Φdt2的流通截面。

通过改变Фde1与Фdt1、Фde2与Фdt2的比值大小，可以分别调整小流量排料出口物料及大流量排料出口物料的压力、温度参数。通过调整小流量喷管5排料通道Φdt1的流通截面可以调整小流量排料的流量，通过调整大流量喷管6排料通道Φdt2的流通截面可以调整大流量排料通道开起时的流量。

排料阀中各通道及喷管的截面形状可以是圆形，也可以时椭圆形、矩形等其它形式流通截面。

排料阀大流量喷管6出口可以与后续收集装置进行螺纹连接，也可以采用法兰连接等其余可拆卸连接方式。

Claims (7)

1.一种排料控制阀，其特征在于：包括，

阀壳体(2)，所述阀壳体(2)有阀腔；

对外进料接口(4)，所述对外进料接口(4)位于阀壳体(2)上并与阀腔连通；

长杆阀芯(3)，所述长杆阀芯(3)滑动连接在阀壳体(2)的阀腔内；

第一排料通道，所述第一排料通道包括位于长杆阀芯(3)末端的第一子通道和小流量喷管(5)，第一子通道贯穿长杆阀芯(3)，第一子通道和小流量喷管(5)连通；

第二排料通道，所述第二排料通道包括第二子通道和大流量喷管(6)，大流量喷管(6)位于阀壳体(2)的一端且在长杆阀芯(3)的滑动路径延长线上，当长杆阀芯(3)远离大流量喷管(6)的进口端面时，长杆阀芯(3)末端与大流量喷管(6)的进口端面之间形成了第二子通道，第二子通道的流通截面大于第一子通道的流通截面，当长杆阀芯(3)末端紧贴大流量喷管(6)的进口端面时，小流量喷管(5)的出口端与大流量喷管(6)的进口端连通；

所述小流量喷管(5)和大流量喷管(6)均为拉瓦尔喷管，所述对外进料接口(4)的进料通道内径为ФD2，所述第一子通道的内径为ФD1，小流量喷管(5)的进口端内径为Φdt1，出口端内径为Φde1，大流量喷管(6)的进口端内径为Φdt2，出口端内径为Φde2，其中：Φdt1对应的流通截面小于ФD1形成的进口面积；

Фdt1对应的流通截面小于Фde1形成的出口面积；

Φdt2对应的流通截面小于ФD2所形成的进口面积；

Φdt2对应的流通截面小于长杆阀芯(3)远离大流量喷管(6)的进口端面高度h时形成的呈环缝隙状的第二子通道的进口面积；

Φdt2对应的流通截面小于Фde2所形成的出口面积；

Φdt1对应的流通截面小于Φdt2对应的流通截面。

2.根据权利要求1所述的一种排料控制阀，其特征在于：所述小流量喷管(5)包括依次连接的圆柱形的进口段、圆锥形过渡段和圆柱形出口段，所述大流量喷管(6)包括依次连接的圆柱形进口段和圆锥形出口段。

3.根据权利要求1所述的一种排料控制阀，其特征在于：还包括阀控制单元(1)，所述阀控制单元(1)与阀壳体(2)可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的一种排料控制阀，其特征在于：所述对外进料接口(4)上设置有锥形密封结构和连接螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种排料控制阀，其特征在于：所述小流量喷管(5)、大流量喷管(6)、对外进料接口(4)和第一子通道的流通截面为圆形、椭圆形或矩形。

6.一种权利要求1所述排料控制阀的应用，其特征在于：用于超临界水氧化反应釜或超临界水氧化反应系统的反应物排料控制。

7.一种采用权利要求1所述排料控制阀的排料方法，其特征在于：用于超临界水氧化反应装置的排料，排料时通过两个流通截面不相等的通道进行，其中：

流通截面较小的通道为常开状态，持续排料；

流通截面较大的通道为常闭状态，间歇性排料；

所述流通截面较小的通道和所述流通截面较大的通道共用一个进料通道，且流通截面较小的通道排料时使用流通截面较大的通道作为排料通道；

所述流通截面较小的通道为排料控制阀中的小流量喷管(5)；

所述流通截面较大的通道为排料控制阀中的大流量喷管(6)；

通过改变Фde1与Фdt1的比值或Фde2与Фdt2的比值控制排料的压力和温度，通过改变Φdt1或Φdt2的大小调整排料流量。

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