我們以化工行業(yè)普遍應用的三室蓄熱式焚燒爐（RTO）為例，針對三室RTO共有6個換向閥，在爐底兩兩成對，分組布置（如下圖）。

三組換向閥與RTO三個蓄熱室對應，通過一定的順序打開、關閉，引導煙氣通過蓄熱室、燃燒室，終排放到大氣中。工作時RTO焚燒爐內呈微負壓狀態(tài)。高溫側換向閥的外側與煙氣出口管道連通，區(qū)域溫度高達300℃；低溫側換向閥的外側與煙氣進口管道連通，區(qū)域溫度高達200℃。爐內廢氣具有一定的腐蝕性。裝置運行時，換向閥每60-180s開閉一次，動作頻繁。

換向閥的平面閥板與密封端面通過直接接觸實現(xiàn)密封。閥板閉合后，因加工、裝配精度低導致密封不嚴，廢氣在壓力作用下流動，在閥板處形成少許內漏，不通過蓄熱體及爐膛焚燒直接排放。同時，閥桿在往復運動中對密封填料造成磨損，使廢氣通過填料直接泄漏到大氣中，發(fā)生外漏。

另外，換向閥內部存在高溫煙氣，經(jīng)長期運行后，原閥桿與閥板均存在不同程度的腐蝕損壞。由于原換向閥設計存在上述問題，加之在排放指標、環(huán)保指標更為嚴格的情況下，即使少量的泄漏也會對排放指標產(chǎn)生很大的影響，因此需要通過改造提高閥門的密封性、耐蝕性和耐用度，使裝置能夠滿足現(xiàn)有工況條件下長期穩(wěn)定運行的要求，并且使排放的廢氣滿足《GB31571-2015 石油化學工業(yè)污染物排放標準》的排放指標。

根據(jù)長期運行后裝置換向閥出現(xiàn)的泄露、損壞等問題，結合故障點的出現(xiàn)位置，可以從以下三個方面對換向閥的結構進行分析，并考慮改進辦法：

1.閥桿材料及其連接結構換向閥的主要動件是閥桿和圓形閥板，因閥門動作頻繁，密封結構及支撐結構負荷較大。加之爐中廢氣溫度較高且有較強的腐蝕性，裝置運行一段時間后，閥桿與閥板均發(fā)生了一定的磨損與破壞。

經(jīng)現(xiàn)場測量、檢查發(fā)現(xiàn)，閥板與密封面之間存在一定程度的平行度偏差。因此，應對閥板與閥桿采取降低重量、更換材料、增加錯動補償機構等措施使動件擁有更長的使用壽命和更好的密封效果。

2.閥板密封結構原設計中，圓形閥板僅通過與密封面接觸時自身發(fā)生形變來進行密封。

由于加工精度無法保證，以及長期運行帶來的支撐結構磨損，圓形閥板與密封面無法在圓周上所有的位置都能緊密接觸。因此，需要對閥板密封結構進行重新設計，來保證長期運行中閥板密封的可靠性。

3.閥桿密封結構及支撐結構原設計中，閥桿的密封組件采用的是填料式密封，由于換向閥的動作頻率非常高（每60-180s動作1次）使得此處密封填料的損耗非?？?。

閥桿的支撐結構是在內外兩側對稱布置的由三個橡膠輪組成的支撐軸承。

拆除支撐軸承后，發(fā)現(xiàn)滑輪表面包膠因長期使用表面已發(fā)生永久變形；滑輪的轉軸因長期與軸套干磨，已嚴重磨損；部分滑輪已無法正常轉動。

此外，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，支撐軸承雖然有一定的調心功能，但當閥桿兩端同時采用此結構時，很難保證閥桿與密封函的同心度，從而加劇了填料的磨損。填料磨損后，廢氣在此處發(fā)生泄漏。因此，需要對閥桿的密封結構與支撐機構進行重新設計，以達到更好的閥桿密封效果與更長的使用壽命。

一、閥桿及其連接構件

如某涂布行業(yè)企業(yè)，一臺55000Nm3/h處理量的RTO，在換向閥設計中的幾個取值，如閥桿為直徑60mm的實心桿，材質為不銹鋼，閥板為直徑 1300mm，厚3-10mm 的圓形板，材質同為不銹鋼。在運行一段時間后，閥桿與閥板表面均出現(xiàn)了嚴重的腐蝕與磨損?？紤]到長期運行時的設備工況，需要同時滿足力學性能、表面硬度、耐腐蝕性三方面要求，因此理想的替代材料有調制鋼不銹鋼或其他合金鋼。

根據(jù)現(xiàn)場的使用經(jīng)驗，選用直徑63mm，厚10mm的不銹鋼鋼管作為替代閥桿材料。閥板的材料也選用不銹鋼，直徑不變，厚度增加。

閥桿自身的磨損與閥桿支撐軸承的磨損均會導致活塞桿與閥桿的同心度偏差進一步加大。改進的辦法是在過渡頭與活塞桿之間增加一個浮動接頭。浮動接頭允許兩側連接桿發(fā)生偏心滑動和球面滑動，它能夠對活塞桿與閥桿之間的偏心量進行補償，使得換向閥在長期使用過程中穩(wěn)定高效地運行，降低RTO換向閥運行安全隱患。

二、閥板密封構件

1.改進后的閥板密封結構在密封面上加工兩道密封槽，選用適當?shù)膹椥泽w材料作為密封體；利用密封體的回彈性補償閥板與密封面之間的平行度偏差。同時，利用兩道密封體形成迷宮密封結構，阻止有機廢氣泄漏，提高RTO處理效率。換向閥高溫側的環(huán)境溫度高可達到300℃甚至更高（如部分行業(yè)需增加反燒工藝），因此要求密封體材料在高溫下具有良好的物理、化學特性穩(wěn)定性。膨脹石墨的耐溫性出色，同時兼具較好的回彈性，非常適用于目的工況。

2.改進后的閥板密封結構在密封面上增加集氣室，增加壓縮空氣接口，內部通入正壓，以保證換向閥的零泄漏。

三、閥桿支撐構件

1.將原結構中的橡膠輪改為40Cr材質的鋼輪，提高滑輪在高溫煙氣條件下的耐用性和耐腐蝕性。

2.增加下部兩個滑輪的寬度，增大滑輪與閥桿的接觸面積，降低滑輪與閥桿之間接觸處的滑動摩擦阻力。

3.在每個滑輪內部增加一對自潤滑軸承，使滑輪的滑動更加順滑，延長滑輪的使用壽命。

經(jīng)過我們的研究和探索，根據(jù)上述改進措施，換向閥能夠滿足RTO長期使用的穩(wěn)定性和重復性，使RTO設備做到滿足新標準中的排放要求，達到了預期的改進目的。具體效果總結如下：

1.更換后的不銹鋼閥桿與閥板能夠有效抵抗腐蝕并降低閥桿支撐負荷，減少磨損，具有更長的使用壽命。

2.作為閥板密封體材料，膨脹石墨在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性和良好的回彈率。

3.改進后的閥桿密封結構能夠有效阻隔灰塵；有效阻止RTO運行過程中的有機廢氣泄漏，并對閥桿提供穩(wěn)固支撐。改進后的閥桿支撐軸承運轉更加順滑，使用壽命大大增加。

4.改進提高了換向閥的密封性；提高了換向閥運行時的平順性與可靠性；延長了換向閥的使用壽命。