煤制油的生产设备主要由反应炉的塔器、罐釜和管道等系统装置组成, 阀门是其中重要的控制设备。通用的闸阀、截止阀、止回阀、球阀及蝶阀等阀门需要承受高温( 480℃)、高压(30MPa)、临氢、走氧、易燃、易爆、腐蚀及磨损等工况条件, 其中装置选用阀门以高温高压金属密封耐磨球阀结构形式为多, 这也符合阀门行业高新技术产品的发展方向。煤制油金属密封耐磨球阀按安装部位和工艺条件的区别, 具体为金属密封两体式、对分式、偏心半球式及轨道球阀等多种结构形式。
1、金属密封两体式球阀
金属密封两体式球阀为固定球硬密封的结构形式。耐高温，双面密封， 结构刚性好， 密封性能可靠，多用于高温和易燃易爆的加氢装置管道上。
2、金属密封对分式球阀
金属密封对分式球阀是采用以阀杆中心线为对分阀体的固定球硬密封球阀, 球体和上、下段阀杆为同轴度高的连体轴结构。阀门具有耐高温、双面密封、结构刚性好和密封性能可靠等特点。由于对分两阀体受填料部位结合面密封结构的限制,多用于中压力级别管道、扭矩较小的料斗及反应釜的灰渣泄流部位, 用作锁渣阀、锁灰阀或锁斗阀等。
3、金属密封偏心半球阀
金属密封偏心半球阀，球体采用具有径向偏心结构的铸造半球形式, 可有V 形缺口,密封部位是环形的环球台面。阀杆与球体上部采用尖齿或矩形齿花键配合连接, 具有受力均匀、对中性良好的优点。球体下部与底盖轴套定心定位。由于本阀可以耐高温、单面密封性能好、启闭灵活、密封副脱开后避免密封面之间的磨损, 延长了使用寿命。多用在需要进行调节和关闭的灰渣、纤维或浆料介质管道上。
4、 金属密封轨道球阀
金属密封轨道球阀，球体采用铸造空心的半球结构形式, 密封部位是环形的球台面。球体上部的2个横销与阀杆下部7°~ 10°的楔面配合, 球体下部与阀体底孔采用球头配合。阀杆上既有驱动阀杆升降的梯形螺纹, 又有在支架固定销套作用下使阀杆同时旋转90°的螺旋槽。在开启或关闭的旋转过程中, 球体摆动使密封面脱开或贴紧阀座, 实现阀门的启闭动作, 避免了球面密封副之间的空转摩擦,减少了密封面的磨损。由于阀杆下部楔面和球体横销在启闭动作的极限位置时受力状况苛刻, 因此这类阀门多用于中低压力级、中小口径的灰渣和浆料介质管道上, 起启闭作用。
5、撑开式球阀
撑开式球阀(球面闸阀)也属于金属密封阀门,在石油化工的焦化、裂化系统多有应用, 但由于其结构复杂、零件较多、尺寸较大, 受其质量偏重等限制,其应用范围受到一定影响。煤制油用金属密封耐磨球阀的常用口径50 ~400mm, 可达600mm。压力等级范围在2.0 ~
26.0MPa, 可达42MPa。根据阀门不同的使用工况条件, 阀体材料分别选用碳钢(WCB)、耐热钢(WC9)、奥氏体不锈钢( CF8M )或通道内衬( F51)双向不锈钢。球体材料采用奥氏体不锈钢( 316) , 表面喷涂高硬质合金材料。阀杆、球体可有连体杆结构。阀杆多为热处理的沉淀硬化不锈钢( 17 -4PH ), 时效处理后其硬度为35~ 40HRC。阀座前端的主密封表面喷涂高硬质合金材料, 阀座后部辅助密封部位具有弹性密封、耐火和防渣功能, 并具有刮切清洁作用。这类阀门的启闭扭矩要比同规格的软密封球阀的扭矩大若干倍, 驱动装置输出扭矩的选配应根据制造工艺水平和加工质量(表面粗糙度及其同心度)而定。阀门球面密封副是金属密封耐磨球阀的部位, 应从结构设计、耐磨材料、喷涂工艺和球面磨削配研上解决这些技术关键。球面一般要在304、316基体上采用超音速喷涂镍基碳化钨( Ni-WC ) , 以提高密封面的结合强度( 75MPa)和低的空隙率( 3% ~ 5% )。表面硬度达到> 832HV( > 65HRC )。喷涂粉料可选用德国斯达克、美国普勒克斯或日本富基米的进口产品。阀座主密封面是在304、316的基体上采用热熔喷涂镍基合金( N i55、Ni60) , 表面硬度达到55~ 60HRC。球体的圆度要达到0.01~ 0.02mm, 球体的表面粗糙度Ra 值达到0.4μm 以下。球体密封面应经过粗磨, 然后用碗型金钢石砂轮或镶有金钢石砂条的磨盘进行精磨, 再用阀座密封面与球面进行单配对研, 以此来保证阀门密封副的吻合度, 实现金属密封零泄漏的要求。
由于金属密封耐磨球阀的材料成本高、技术含量高、工艺难度大、质量风险大, 主体材料和密封材料的选用以及对球体正圆度、球面光洁度、密封面吻合度和球轴同心度的要求都很高, 因此阀门的价位按进口同类阀门价格也很高, 为同规格软密封球阀的6 ~ 10倍。同样的金属硬密封球阀, 进口的阀门又比国产的价格高出3~ 5倍。进口的耐磨阀门的密封面已采用多种先进的喷涂工艺, 有的已经发展到碳化钨的包镀技术, 如美国的Moges或Everlast ing公司的耐磨阀门, 使阀门获得更好的密封效果和很长的使用寿命。