熔盐系统作为片碱浓缩装置的重要组成部分，现场使用工况较为恶劣，最高工作温度达420℃，工作压力1.6MPa。由于熔盐在常温下易结晶，当系统临时停车检修时，熔盐易在系统的阀腔壁面和管道壁面，甚至在密封处产生结晶。熔盐偏心半球阀具有开启力矩小，关闭时能消除密封面处结垢障碍，全开启时流体阻力小等优点，在苛刻工况环境系统中得到广泛的应用，可成功替代球阀、蝶阀、闸阀等冲刷、结晶比较严重的阀门产品。
1 熔盐偏心半球阀原理和结构设计
原使用的球阀的阀球和阀座密封面一直处于接触状态，密封副间形成结晶后易出现密封副磨损及阀球卡死；相对于全通径阀门，在全开启状态下的蝶阀的流阻系数比较大，同时蝶板密封面一直处于冲刷状态。该熔盐偏心半球阀是在球阀和偏心蝶阀优点的基础上演变而来的，利用半球绕阀杆的轴线旋转90°达到其开启和关闭的目的。由于半球阀采用偏心结构，当半球从关闭位置开启8°左右，半球密封面与阀座密封面基本完全脱离，从而减少启闭时阀座与阀瓣密封副之间的磨损。半球阀为偏心结构设计，当阀瓣关闭时，阀瓣与阀座密封面之间为楔式密封结构，能够很好地切掉黏附在阀瓣密封面上的固体颗粒，因此熔盐偏心半球阀密封面具有很好的自清洁功能。
本熔盐偏心半球阀（如图1所示）的密封结构主要包括阀体、阀座环、碟簧、浮动阀座和活塞环等。阀座采用施加预紧力的浮动阀座自密封结构（如图2所示），压紧圈和阀座之间有蝶形弹簧，装配时施加阀座一定的预紧力，当阀门关闭时，介质力推动阀座向阀芯贴合更紧，满足密封所需要的作用力。阀座在径向采用活塞环密封，活塞环可用于高温高压，碟簧材质采用因科镍尔。这种密封结构克服了闸阀密封不足的问题，半球阀的密封效果得到大大的改善。根据使用工况的磨损程度，阀体和阀瓣可采用喷涂或搪瓷特殊工艺处理，如果通过超音速火焰喷涂技术处理半球阀（如WC或Cr3C2－NiCr陶瓷合金粉喷涂材料在阀门内部表面形成均匀致密的结合层），涂层硬度高，耐磨耐蚀性好，可以很好地改善阀门的使用性能。
1—活塞环；2—碟簧；3—浮动阀座；4—阀座环；5—阀体
图1 熔盐偏心半球阀结构
1—阀体；2—阀座环；3—碟簧；4—浮动阀座；5—活塞环
图2 活塞环浮动阀座结构
2 熔盐偏心半球阀阀体壁厚
阀体是熔盐偏心半球阀的主要零部件，除承受管道介质的压力、温度以及阀门的操作力和管路上的一些不可预测的载荷外，还要抵抗工作介质的腐蚀和冲刷。熔盐偏心半球阀阀体壁厚的计算公式为：
式中：SB为最小壁厚，mm；Dn为阀腔最大直径，mm；p为设计压力，MPa；［σL］为材料许用拉应力，MPa；C为附加余量，mm。
3 熔盐偏心半球阀的流体特点
采用ansys有限元分析软件对半球阀开度为100%时进行了流体域的模拟分析。由分析可得：流体最高速出现在进口部分；整体流道速度分布梯度较小，几乎维持在中间区域；流体过流比较顺畅，整个流态比较平稳，上下两侧几乎成对称态势，整个流道内流速无明显增加，压力局部损失明显减小。流场的最高流速没有出现在阀座密封面处，阀瓣密封面处介质流速很低，这样，阀瓣的磨损较小。这种情况下，流阻系数几乎为零，能很好地降低能耗，从长期能耗计算，在实际工况中相对于流阻较大的截止阀，每台偏心半球阀每年能耗低上千元。
阀座采用自密封结构设计，在较大压力和较高温度的工况下能很好地密封；阀瓣为旋转运动，这样阀轴和填料之间没有直线运动的摩擦。根据实际工况，半球阀可以采用电控或气控执行机构，这样便于操作、监控阀门的启闭状态。
4 熔盐偏心半球阀主要零部件的加工
4.1 密封副的堆焊工艺
由于常温时熔盐介质易结晶，阀瓣和阀座贴合时，密封副极易出现磨损或挤伤。故一般的软密封无法满足工况要求，须在密封副上堆焊一层3mm厚的硬质合金，这样可大大提高阀门密封的寿命。堆焊时，先在阀座和阀瓣密封面处加工一个堆焊沟槽，然后在沟槽内进行堆焊，根据堆焊的材质，作适当热处理，保证焊接质量要求。
4.2 加工
由于阀座和阀瓣上堆焊了硬质合金，硬度在HRC45～HRC55之间，硬密封的密封面对光洁度要求较高，因此须在专用的研磨机床上加工而成。先对堆焊的密封件进行去应力退火处理，然后进行粗加工、精加工，之后对密封面处进行配对研磨处理。
5 结语
熔盐偏心半球阀采用楔形偏心结构、活塞环作径向密封、阀座为浮动式的设计方式，解决了高温难于密封的难题。熔盐偏心半球阀整体结构紧凑，阀瓣与阀座密封性好、密封压力大。半球阀采用的气动或电动执行机构运动灵活，易于实现远程控制和自动化（可直接进入DCS），工作可靠。密封面间磨损小，大大提高了阀门的使用寿命，对企业降低能耗、节约运行成本起到了重要的作用。熔盐偏心半球阀将会在易结晶、易结疤的苛刻工况环境获得广泛应用。
