液氯是氯碱工业的主要产品之一，广泛应用于国民工业生产，属于危险化学品、剧毒品。为方便远距离使用，液氯充装成为不可缺少的一道生产工序，但在充装过程中存在泄漏、爆炸、中毒等生产事故危害。

液氯充装过程工艺复杂，需要自动切断阀和调节阀保证整个过程安全可靠。因介质特性，管道压力大、温度低、且在抽真空阶段中有负压情况，对阀门的选型要求很高。陶瓷球阀在这类工况中具有良好的表现。

液氯

液氯化学名称液态氯，为黄绿色液体，沸点-34.6℃，熔点-℃，在常压下即汽化成气体，吸入人体能严重中毒，有剧烈刺激作用和腐蚀性，在日光下与其他易燃气体混合时发生燃烧和爆炸，可以和大多数物质反应。

由电解产生的氯气温度高(85℃)，含有大量的水，经冷却、干燥除水后，加压冷却液化，由气态变为液态，体积大大缩小，便于贮存、运输。液氯的包装在氯气生产过程中是非常重要的一环，现充装的自动化水平低，全靠人工操作，不易控制。

液氯充装工艺流程

近些年，液氯充装逐步向机械化、自动化方向发展，充装工艺主要经历了气体加压法、汽化器加压法、液下泵法、屏蔽泵法等方式。

气体加压法

气体加压法输送充装液氯工艺简单，操作并不复杂，但对整个操作系统气密性是个考验，原材料质量要求高，人员误操作可能性大。其工艺要求采用干燥氮气或压缩空气将对应液氯贮槽加压至一定压力，一般为0.8～1.0MPa，利用高压将该贮槽内液氯输送充装。槽内所产生废气抽空至次氯酸钠处理。液氯贮槽附件较多，包括进出料管线及安全阀、压力表及相关阀门等。

汽化器加压法

该工艺方法是利用氯气和液氯二者之间高达到倍的压缩比，液氯气化后急剧膨胀，产生极高的蒸气压原理进行工作的。

要求将贮槽内液氯通过自流或高压氮气加压的方式加入到常压的液化器内，并控制在液位上、下限范围内；采用温度在45～65℃（最高不超过80℃）范围的热水加热，将汽化槽内液氯气化升压，控制压力范围在0.8～1.2MPa之内，利用液氯气化压力将液氯贮槽内的液氯进行压出，输送包装。余压送入次氯酸钠系统处理。

汽化器加压法输送充装图

液下泵法

液下泵法输送充装是在液氯贮槽后增设中间贮槽，中间贮槽上安装多级立式泵。包装操作时，液氯由液氯贮槽自流向液氯中间槽（压力不足时，需用氮气可压缩空气补压），当中间贮槽液位超过规定最低液位，达到一定高度后，开启相应工艺阀门，启动液下泵，进行输送充装工作。

液下泵法输送充装工艺图

屏蔽泵法

屏蔽泵法亦属机械动力式充装，但自动化程度高于液下泵法。工作效率更高，操作更加简单，维修方便。不存在三氯化氮富集情况，贮槽只要定期排污即可。考虑到屏蔽泵的汽蚀余量，屏蔽泵要安装在液氯贮槽底部，深度大于汽蚀余量半米为宜。

由于屏蔽泵直接安装在液氯贮槽下部，充装时，按工艺操作要求开启相关阀门，启动屏蔽泵，直接进行充装输送工作。

屏蔽泵法输送充装工艺

球阀在液氯充装中的应用现状

氯的特点要求液氯阀的设计不仅要结构简单、体积小、重量轻、材料耗用省，安装尺寸小，而且还要驱动力矩小，操作简便、迅速，并且还同时具有良好的关闭密封特性及优异的抗腐蚀性能。如此，液氯阀在氯碱产品的生产、运输和使用过程中，才可以最大限度地保护健康和环境，实现安全生产。

介质问题

液氯在灌装时，在阀门处受到节流时，阀门出口处压力较进口低，部分液氯减压汽化，而汽化过程是一个吸热过程，所以在阀门温度较管道温度更低，会出现结霜。氯气本身腐蚀性并不大，但是液氯（含有水分）腐蚀性非常强。

各工厂液氯含水控制量不一，造成阀门在各个工厂使用都有不同程度的腐蚀情况。管道内的杂质影响非常大，包括项目初期的施工杂质以及后续生产过程中管道工艺上避免不了的杂质。

阀门问题

阀门的开关运动使得阀杆和填料互相磨损，导致密封力不断下降。当密封力小于介质压力时阀门就会出现泄漏；

阀门的开关运动使得阀体与阀盖之间的压力发生变化，加上冲击、共振等原因，导致垫片与螺栓副等产生松动，引起泄漏。

这些都导致普通液氯阀的使用寿命下降，需要经常地更换阀门，导致生产线停产，不利于化工企业的连续生产。

材料问题

该位置的阀门多采用金属表面喷涂或衬塑阀门，但是大多数金属阀抗氯气的腐蚀都是有限的，尤其是氯气带水的情况，包括各种的合金钢阀门，这种情况下，虽然衬四氟阀门是个很不错的选择，但是很快就会发现：衬四氟阀门的使用时间稍微一长，扭矩力增大，四氟老化的问题就会凸显出来了

经济问题

氯碱行业的生产过程中，阀门的消耗费用占产品成本的一部分，阀门储备所占用的资金，通常也占企业流动资金总额的很大部分。由于液氯充装系统环境苛刻，阀门的更换频率很高，这对于全套设备的安全运转和检修成本控制都是极为不利的，而且其潜在的紧急停机事故的危险性极大，造成的损失也是巨大的。

陶瓷球阀在液氯充装中解决方案

陶瓷经过数十年的研究，已经有了显著的发展与飞跃，现已形成包括氮化硅系统、碳化硅系统和氧化锆、氧化铝增韧系统的高强结构陶瓷及陶瓷基复合材料的两大系列的结构陶瓷，并作为热机部件、切削刀具、耐磨损耐腐蚀部件进入机械工业、汽车工业、化学工业、造纸工业、纺织工业等传统工业领域，推动产品更新换代，从而提商经济效益和社会效益。

利用陶瓷材料的优良性能，同时结合球阀的结构特点，进口陶瓷球阀在高腐蚀，强磨损的工况中展现出了极好的优势。

陶瓷材料特点

随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术的发展，材料需要在比较苛刻的环境下使用，对材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能要求也越来越严格。陶瓷材料具有优良的高强度、高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性以及低膨胀系数和质量轻等金属材料难以匹敌的特点，广泛应用于各个领域并发挥着越来越重要的作用。表为陶瓷材料和钢材料基本性能的对比。

陶瓷材料和钢材料基本性能的对比

---耐腐蚀性

陶瓷材料具备优异的耐热性能和耐酸碱腐蚀性，在此类环境中很少会产生化学反应，同时材料外形变化很小，即使在高温条件下，陶瓷材料的性能也能充分发挥出来。

陶瓷材料的腐蚀是广义是指在酸、碱、高温气体、熔融盐这些恶劣条件下，由于产生化学反应而产生的腐蚀。这种腐蚀的特点是具有化学反应从晶界开始而外观包括表面尺寸几乎不发生变化的特点。

长期以来，人们评价陶瓷材料是从材料的电学、磁学、热学、光学、力学这些方面进行，而对腐蚀特性，特别是在恶劣环境条件下的化学反应所引起的陶瓷性能的变化甚至衰退的研究较少。举例来说氮化硅或碳化硅这些陶瓷具有优异的高温性能，其强度很高，硬度高，蠕变小，热膨胀系数小，同时热稳定性好，是公认的良好的高温结构材料，因此可应用于金属材料所难以承受的腐蚀性或高温环境中。

---断裂韧性

陶瓷的断裂方式为脆性断裂，所以陶瓷材料的裂纹敏感性很强，基于陶瓷的这种特性，断裂力学性能是评价陶瓷材料力学性能的重要指标，最普遍用来评价陶瓷材料的断裂力学参数就是断裂韧性（KIC）。如果要使陶瓷的特长得到充分发挥，扩大实际中的应用，就必须想办法大幅度提高和改善陶瓷的韧性。表为陶瓷材料的韧性值。

陶瓷球阀结构特点

球阀为液氯管路上的一种常见阀门，在使用时，普通结构的球阀会在关阀时容留液氯，造成安全隐患。故在液相管路上使用球阀时，要选择特殊结构和材料的阀球。因此在阀门的计和材料选用上，要更加严谨。

切断阀

对于切断阀，切断阀流道与球芯多为O型，对流体进行开关控制，气动型陶瓷球阀由限位器、电磁阀、过滤减压阀、陶瓷球阀、气路等构成。

陶瓷球阀，O型球芯与阀座座密封面粗糙度可以达到小于0.1μm，陶瓷球芯与阀座之间密封等级可以实现高于金属球阀，另外陶瓷球芯与阀座有自研磨性，启闭扭矩小，高抗腐蚀性能等优点。

内衬陶瓷流道可以与阀体之间的金属部分完全隔离，可以针对应用腐蚀性与纯度要求高的介质工况等。

调节阀

对于调节阀，多选用进口V型球阀，其中，电动V型陶瓷调节球阀由电动执行机构与V型球阀二部分组成，阀芯选用优质陶瓷。

V型开口球体与阀座之间具有剪切作用，当介质中含有纤维或固体颗粒时，球体不会卡死，仍保证良好的密封性。阀芯采用优质陶瓷，有较高的抗磨蚀性能，阀座保护环可防止流体直接冲刷阀座，延长阀座寿命。目前常用的进口陶瓷球阀品牌有：Samson旗下的cerasystem、美国flowserve、美国GE旗下的masonielian、芬兰metso、美国SSZ。

调节阀基本特点

1、调节特性具有等百分比流量调节特性，稳定均衡的CV

2、球孔设计采用不同的V型孔球体，V型开孔角度有多种角度，可获得不同的调节性能

3、CV优化特性流体阻力小，CV值大，陶瓷直流道可防止过程粘连

4、启闭中，球与阀座形成较强的剪切作用，可将流体中含有的纤维颗粒等介质刮除

5、陶瓷内件可以将整个流道完全隔离，从而阻止介质与金属阀体的接触，可以有效的对具有腐蚀性介质对陶瓷阀金属体的腐蚀。

液氯对阀门腐蚀

结构陶瓷具有良好的化学稳定性，几乎不与强酸强碱发生反应，而且具有较高的硬度，能抵御高硬度颗粒物介质的磨蚀。

这些优良的化学与物理特性，保证了陶瓷球阀不仅能有效的抵抗强烈的腐蚀，而且在恶劣工况中能保持阀门的内部结构不因磨损损坏导致阀门开关失效，出现内漏和外漏的情况。

使用寿命短

陶瓷阀门的使用寿命能达到金属阀门的6~8倍，减少了现场停机和阀门更换的次数，不仅提高了生产效率，而且还降低了人工维护的次数和成本，有效地延长了阀门的使用寿命。

检修成本高

陶瓷阀采用结构陶瓷材料制作阀门的密封部件和易损部件，提高了阀门产品的耐磨性、防腐性及密封性，大大延长了阀门的使用寿命。

陶瓷阀门的使用可以大大降低现场的维修更换次数，提高配套设备运行系统的安全性、稳定性，节约设备修理费用。

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