氯化法钛白粉生产线阀门选型

赵乃伟

（中国恩菲工程有限公司，北京 100038）

0 引言

阀门作为管路流体输送系统中的控制部件，是工业生产的重要元器件。阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动[1]，阀门的使用已遍及石油、化工、电站、轻工、造纸、医药、船舶、市政等行业。阀门是否合适，直接影响产品质量的好坏，也是生产能否正常平稳运行的关键因素[2]。

国内钛白粉生产目前仍以硫酸法为主，在全世界范围内，氯化法钛白粉现已逐步取代硫酸法钛白粉，成为国际钛白粉生产的主流工艺。相对于硫酸法钛白粉生产工艺，氯化法钛白具有操作连续，“三废”排放少，更易获得金红石型钛白等明显优势[3,4]。但氯化法钛白粉工艺复杂，自动化程度要求高，介质种类繁多，工况比较苛刻，对阀门要求也相对较高。好的阀门选型，可以减少事故率，极大地提高生产效率。河南焦作某新建6 万吨/年钛白粉生产线项目采用先进的氯化法钛白工艺，该项目自动化程度很高，针对复杂的工况，采用了大量不同种类的阀门。

1 氯化法钛白粉生产工艺

河南焦作6 万吨/年氯化法钛白粉按照流程划分包含预氧化→氧化→氯化→冷凝→提纯→烟尘处理→中和→尾气处理等主要部分[4]。

1.1 预氧化及氧化

O2与TiCl4分别加热后在TiCl4燃烧器内自发燃烧，反应生成TiO2和Cl2。反应混合物经冷却导管冷却，冷却后混合物通过袋滤器分离，固态进入基料调浆槽，气态为循环Cl2进入氯化环节。基料浆液通过喷砂圆筒筛，基料（TiO2）作为产品进入后处理单元。

1.2 氯化冷凝及提纯

矿石（高钛渣）、焦炭、NaCl 通过各自贮存配料系统，通过气力输送至氯化炉。高钛渣在氯化炉沸腾环境内被氯化生成粗TiCl4。粗TiCl4在旋风收尘器中固体成分被分离，进入烟尘调浆槽，气态粗TiCl4 进入冷凝环节。

粗TiCl4中含有TiCl4及其他金属氯化物，通过两级直接冷凝器及一级间接冷凝器冷凝，进入粗TiCl4 贮槽。

粗TiCl4含有其他金属氯化物，可通过蒸发分离的形式提纯，在TiCl4蒸发器内TiCl4被蒸发分离，提纯后TiCl4蒸汽经冷凝后纯TiCl4送入TiCl4贮槽。

1.3 烟尘处理及中和

旋风收尘器分离出的固体粉料经调浆后送入压滤机在压滤机内，不溶于HCl 固体被过滤压榨。滤液内可溶于HCl 金属氯化物通过在中和反应槽内加入石灰乳，形成不溶性氢氧化物，氢氧化物悬浮液送入氢氧化物压滤机分离，滤液外排。

1.4 尾气处理

尾气经二级TiCl4 洗涤塔洗涤后送入HCl 洗涤单元，残余HCl 由两台交替运行HCl 吸收塔吸收。当尾气中含有Cl2 时，需通入Cl2 淋洗塔，最后进入尾气水封槽。

2 氯化法钛白粉阀门选型

河南焦作6 万吨/年氯化法钛白粉生产线项目采用阀门按照大类划分，主要有直通单座阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、旋塞阀等。自动阀主要包含单座阀、球阀（含偏心旋转球阀）、蝶阀，现介绍本项目自动阀的阀门选型。

2.1 单座阀

直通单座阀是最常见的调节阀，为直行程调节阀。单座阀密封较严，适用于干净介质压差不大的场合。在本项目中，单座阀也被广泛采用作为调节阀。本项目单座阀采用薄膜执行机构，采用FF 通讯方式与DCS 系统通讯。

2.1.1 标准单座阀

单座阀相对于角行程阀门更容易堵塞，因此本项目中主要用于较为洁净的气体及液体输送。气体调节各O2介质，压缩空气介质，吹扫及压滤机 N2介质管道。液体调节主要用在工艺水流量，冷却水流量。这些位置工况比较缓和，介质温度小于70℃，不具有腐蚀性，阀体采用碳钢。为保证密封良好，采用PTFE（聚四氟乙烯）阀座密封，可达VI 级密封，由于介质温度较低采用PTFE 可良好密封。阀门口径从DN15 ～DN150 之间，根据工艺情况，阀门正常开度处于40%～80%之间，最大开度小于86%。需要注意的是，由于O2是助燃剂，用于O2流通的阀门含碳量要求较低，不允许采用碳钢，本项目采用316 不锈钢阀体，并做脱脂处理。正常工况下，O2流速不允许超过30m/s，在阀门选型及调节时应特别注意，本项目O2正常工况下流速均在30m/s 以下。

2.1.2 蒸汽用单座阀

冷却导管预热用蒸汽、TiCl4 蒸发器加热蒸汽、HCl 洗涤塔洗涤液加热蒸汽等处，采用蒸汽直通单座阀调节。阀体仍采用碳钢材质，由于介质温度较高，达170℃，PTFE无法耐受，因而采用金属硬密封。阀盖填料如选择石墨，硬度较大、密封差、使用时间短，因此采用石墨+PTFE材料。

2.1.3 波纹管密封单座阀

氯化炉、AlCl3发生器、TiCl4燃烧器等装置内的反应，反应过程需加入Cl2，有剧毒，需要保证对大气零泄漏。本项目采用波纹管密封调节单座阀，采用波纹管结构阀杆相连，保证零泄漏；阀体采用316 可一定程度耐Cl2腐蚀，阀座采用PTFE 软密封。此外，阀体应保持一定的腐蚀余量，即将阀体及连接法兰制造比正常需求更厚，保证可以耐受较长的腐蚀时间。

2.2 球阀

球阀是典型的角行程执行机构阀门，通过阀球沿阀杆旋转启闭。球阀具有流体阻力小、密封性好、结构简单等特点，口径范围广。但由于球阀体积较大，通常球阀应用与口径相对较小场合。根据球阀流通通道，O 型球阀多作为开关阀，V 型球阀、偏心调节球阀多作为调节球阀使用。本项目中，球阀采用气缸执行机构，弹簧回位，调节阀为FF 通讯方式，开关阀为2xDI/DO 方式，其中DI 输入为Numur 接近开关信号。

2.2.1 标准球阀

本项目中标准球阀被用作自动开关阀使用。气体用开关球阀主要用在氧气过热器O2、压缩空气进气，AlCl3发生器Cl2进气，氯化炉Cl2进气，压滤机用N2，气力输送N2进气及各吹扫用N2 进气等位置。液体用球阀主要用在TiCl4燃烧器甲苯进料，喷砂洗涤H2O2进料，开炉淋洗塔废水排料及各工艺用水及冷却水管道。标准球阀主要用于上述位置的常规开关及部分重要管道。球阀口径相对较小，在DN15 ～DN150 之间，阀体及阀球采用CF8M 材质，阀杆采用316L 不锈钢，阀座密封采用EPTFE 材料，可实现VI 级密封。同样，正常运行时O2介质流量不能超过30m/s。

2.2.2 衬里球阀

衬里球阀用在除氯塔洗水、含有NaOH、HCL 介质，石灰乳输送，压滤机洗水等含有腐蚀性介质。阀门需有较强的耐腐蚀能力，本项目阀体采用球墨铸铁衬PFA，阀球采用不锈钢衬PFA，填料密封为PTFE，接液部分全部内衬，PFA 较PTFE 具有更好的防渗透性及抗冷流特性保证阀门使用寿命。衬里“O”型球阀作为开关阀，“V”型球阀作为调节阀。

2.2.3 固体用开关球阀

AlCl3 发生器Al 粉气力输送管，喷砂气力输送管道，矿石/焦炭气力输送管道等位置介质含大量固体，对阀门耐磨性能要求较高。本项目采用固体用开关球阀，阀体采用CF8M，阀球为CF8M，阀座密封堆焊stellite 合金。

2.2.4 TiCl4用球阀

TiCl4 遇水反应生成盐酸，不仅影响产品质量，而且对阀门有较强的腐蚀性，因此TiCl4 在生成过程中应尽量避免与水接触。本项目中采用TiCl4 专用开关球阀，主要用于氯化，冷凝，提纯单元中TiCl4 流向管道。阀体阀球为316 不锈钢材质，阀座PTFE 软密封，阀杆填料为VITON氟橡胶，VITON 可以有效阻止TiCl4 从空气中吸水，保证产品纯度。

2.2.5 偏心调节球阀

对于TiCl4介质管道的调节阀，本项目采用偏心调节球阀。阀球为偏心调节V 球结构，阀体、阀球材料为316 不锈钢，粗TiCl4介质含杂质较多，调节阀动作较频繁，磨损较严重，采用316L 不锈钢硬密封阀座，纯TiCl4 介质较清洁，可采用PTFE 软密封，阀杆填料均采用PTFE 及VITON密封圈双填料。

2.2.6 陶瓷偏心调节球阀

喷砂圆筒筛入口基料浆液，压滤机入口烟尘浆液，中和反应槽CaO 悬浮液，喷砂洗涤液等介质，均带有固体悬浮液且成分较复杂，具有腐蚀性。这些位置的调节阀需要既耐磨又耐腐蚀，本项目采用陶瓷调节球阀。阀球为偏心调节V 球结构，阀球衬ZrO2陶瓷，阀体衬Al2O3陶瓷，阀座密封为Al2O3陶瓷，温度为常温，阀杆衬PTFE 即可。

2.2.7 高温耐腐偏心调节球阀

袋滤器出口循环回用氯气为高温氯气，温度达120℃以上，且Cl2 在高温下具有更强腐蚀性，该位置阀门口径为DN250。阀球采用偏心调节球结构，材质方面共有两种选择：一种是阀体阀球内衬陶瓷方案，另一种为阀体阀球316 不锈钢衬Stellite 6 合金方案。由于大口径陶瓷球阀生产较为困难，本项目采用衬Stellite 合金方案，阀座同样堆焊Stellite 6 合金；由于温度较高，阀杆填料为PTFE+石墨填料。

2.3 蝶阀

蝶阀是启闭件为盘形蝶板并能绕阀体内轴线旋转的一种阀门，蝶阀也是角行程执行机构阀门，蝶阀较轻便，安装空间小，适合大口径应用场合。软密封蝶阀通常为中线型蝶阀，硬密封蝶阀为达到高密封等级，可做成双偏心或三偏心结构。蝶阀在本项目中也被大量采用，与球阀相同蝶阀采用气缸执行机构，弹簧回位，调节阀为FF 通讯方式，开关阀为2xDI/DO 方式，其中DI 信号为Numur 接近开关信号。

2.3.1 标准蝶阀

本项目的标准蝶阀为衬里蝶阀，口径在DN50 ～DN500之间，其中大部分处于DN100 ～DN300 之间，均采用夹持式安装方式。阀体材质为球墨铸铁衬聚氨酯，阀板材质为球墨铸铁衬EPDM 橡胶，阀座材质为EPDM 橡胶，所有接液部分均有内衬，为中线蝶阀。标准蝶阀应用于冷却水管道，金属氯化物溶液介质管道，氢氧化物悬浮物介质管道，废水、事故污水进料及外排管道，大口径N2介质管道等位置。

2.3.2 固体用蝶阀

矿石、焦炭贮仓进入矿石炉前贮仓管道阀门直径均为DN300，本项目中采用固体用蝶阀。固体用蝶阀阀体为铝硅合金，阀板为316L 不锈钢，阀座材质EPDM 橡胶，EPDM 橡胶为软橡胶，具有一定的耐磨性，此类蝶阀为中线蝶阀。

2.3.3 TiCl4用金属密封蝶阀

氯化、冷凝、提纯单元粗TiCl4 介质大口径阀门也采用蝶阀，口径有DN150 及DN300 两种，除急冷塔卸料外其余均为DN300。此类蝶阀阀板、阀座、阀板均为316L 不锈钢材质，密封填料为VITON 氟橡胶，相比常规PTFE 填料有更好的密封性，保证与水隔绝。由于金属密封中线蝶阀密封较差，此处采用双偏心结构，保证良好密封。

2.3.4 高温防火蝶阀

TiCl4 过热器出口处纯TiCl4 蒸汽温度达350℃，软密封阀座无法耐受。由于工艺要求，此处密封等级要求气泡级密封，因而必须采用金属密封三偏心蝶阀。三偏心蝶阀将挤压密封变为扭矩密封，不仅可以减少泄漏，还可以减少磨损，使用寿命较长。阀板、阀体为316L 不锈钢，阀板密封圈为Duplex+石墨，阀座材质为Incoloy 625 合金，Incoloy625 合金耐氯化物腐蚀性能很好，尤其是在高温环境下，且不易脆变。由于温度较高，阀杆填料采用石墨填料。

3 结论

正确的阀门选型是应用好阀门的第一步，也是最关键的一步。阀门选型的好坏直接影响到阀门的使用效果，进而影响整个工艺运行情况。本文以河南某钛白粉生产线为例，介绍了氯化法钛白粉阀门选型情况，经过3 个月的运行，阀门运行状况良好，未出现故障、损坏的情况，为保障稳定生产打下了好的基础。氯化法钛白工艺复杂，阀门的选型也是在不断地探索中改进，该氯化法钛白产线生产过程中，也将根据使用情况，不断优化，找出更好的选型方案。