浅议氧化铝高压溶出系统中自动针形调节阀的设计

    氧化铝高压溶出系统是由多级压煮器和多级闪蒸槽组成，是氧化铝生产装置的关键工序。在小型氧化铝生产厂，高压溶出采用管道化溶出工艺，通过高压溶出设备使得矿浆（苛性碱液、石灰催化剂和矿石（Al₂O₃））在高温260℃和高压6.0MPa下充分反应生成铝酸钠溶液，再通过多级闪蒸槽进行逐级降压，直到降至常压后进入下道工序。
一、问题的提出
    安装在高压溶出系统管道中的压煮器与各级闪蒸槽之间控制料浆进出的调节阀（图1）口径较小，一般为φ40~φ60mm容易被料浆堵塞，使料浆进出不通畅甚至完全堵住不能过料。来料容器内压力升高后，轻者造成阀门在高压下泄漏，严重时闪蒸槽有爆炸的危险，使高压溶出生产无法正常进行。

二、调节阀设计
    各级闪蒸槽的压力与温度不同（表1）， 因工艺需要调节阀只安装在01~03级闪蒸槽上进行调节控制。为了解决阀门手动控制造成的料浆堵塞问题，设计了一种自动控制的针形调节阀。

表1 闪蒸槽压力与温度

闪蒸槽编号	压力MPa	温度℃	压差（与末级闪蒸槽相比）MPa
01	2.91	219.6	0.90
02	2.27	206.6	0.64
03	1.73	193.6	0.54
04	1.29	180.6	0.44
05	0.93	168.1	0.36
06	0.66	155.2	0.27
07	0.44	142.3	0.22
08	0.28	129.3	0.16
09	0.16	116.3	0.12
10	0.075	103.3	0.085

    由于闪蒸槽各级压力不同，为了使阀门堵塞后能够自动打开，保证阀门正常工作。在阀门支架与阀体连接处增加了一个双活塞缸（图2）， 依据闪蒸槽进料容器与出料容器的压差，使活塞带动阀杆运动实现阀门的开关。活塞的上活塞腔接出料容器的压力信号，下活塞腔接进料容器的压力信号。在上、下活塞腔内压力平衡的状态下，依据上、下压力的不同，得出活塞的截面积。

    F₁=P₁S₁
    F₂=P₂S₂
    式中F₁--上活塞腔受力，N
    F₂--下活塞腔受力，N
    P₁--上活塞腔内的压力，MPa
    P₂--下活塞腔内的压力，MPa
    S₁--上活塞的截面积，cm²
    S₂--下活塞的截面积，cm²
    当F₁=F₂时，上、下活塞压力处于平衡状态，出料容器的压力与进料容器的压力相等，活塞不动作。当F₁>F₂时，表明出料容器压力大于进料容器压力，活塞下移，阀门自动关闭。当F₁<F₂时，表明进料容器压力大于出料容器压力，活塞上移，阀门自动打开。
    为了保证阀门正常工作，防止阀门自动调节出现故障后影响生产，阀门配置了手动开闭装置。
三、结论
    将自动针形调节阀应用于小型氧化铝厂管道化溶出系统，解决了料浆堵塞的问题。目前，已被众多厂家所采用，取得了很好的效果，值得进一步的应用与推广。

    参考资料
    杨源泉.阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社，1992
    徐灏.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社.1992.

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