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调节阀应用探讨

信息来源:gkong.biz  时间:2008-06-24  浏览次数:128

  在化工生产中,调节阀是直接接触工艺介质的控制机构,本文以工程实际为背景,讨论了调节阀选型的原则,并介绍了在聚甲醛装置中应用调节阀的情况。
  工艺简介
  云南云天化股份有限公司的聚甲醛装置系国内第一套同类型装置,工艺包从波兰ZAT引进,采用共聚甲醛技术。
  30工段甲醛提浓:分为甲醛真空浓缩,甲醇去除,甲醛加压浓缩;原料为40%甲醛,产品为60%甲醛。
  40工段三聚甲醛合成:三聚甲醛合成在液相中进行,催化剂为硫酸,原料是60%甲醛液,三聚甲醛平衡浓度为4%。以下经过42工段:去除低沸点物如甲缩醛及甲醇;43工段三聚甲醛浓缩锝 60%三聚甲醛;44工段三聚甲醛结晶分离;46工段提纯:加碱萃取;47工段:蒸馏得99.99%三聚甲醛。
  50工段制备二氧五环:原料是60%甲醛和乙二醇,得到二氧五环后用NaOH脱水得到99%DOX;再经过精馏得到99.99%二氧五环。
  从工艺流程可知,对原料的纯度要求很高,工业甲醛浓度一般不大于55%,此工艺要求60%;而反应的平衡浓度较低,需要多次分离,其中反复采用精馏塔操作,三聚甲醛和二氧五环产品均要求达到99.99%的浓度。
  调节阀是直接接触工艺介质的控制机构,承受着流体的压力,温度,冲刷,腐蚀和磨损。恶劣工况下不乏调节阀卡塞,振动,泄漏,流量特性失真甚至阀芯脱落的现象。在长期的机械疲劳,热冲击和化学腐蚀作用下,调节阀的使用性能逐渐下降。实际上调节阀的使用寿命难以估计,最重要的因素是需要设计者了解工艺要求及使用工况。
  调节阀的选用
  在调节阀的选用中,必须首先考虑是否能达成工艺目的,满足控制要求以及长期稳定使用。众所周知,调节回路参数的整定耗时费力,其重要的原因便是调节阀的流量特性很难做到理想曲线。控制器采用计算机技术已能使PID算法接近数学期望值,但通过调节阀动作得到的流量特性总是偏离理想值,需要多次调整才能稳定。对于单回路而言,可以放宽控制强度得到较好的稳定性;而串级回路中,副回路需要较好的快速响应及自我稳定性才能跟随主回路的变化。
  在聚甲醛工艺中,为保证精馏塔的分离效率,得到高纯度的产品,需要精确、稳定的塔板温度控制。通常采用串级调节:主回路为温度调节,副回路为蒸汽流量调节,如图2所示。
  但流量回路响应快速,易造成调节阀振荡,使整个串级回路波动。相对P形阀芯,采用V形阀芯有利于提升控制品质。它具有不对称结构,定点径向力,震动性小,有利于阀芯稳定,延长使用寿命,并且远离流体冲刷区,有利于保护阀芯/座,避免湍流损坏;此外,等百分比流量特性是严格的等百分比曲线,在任何口径下,不改变曲线特性,工作范围20%~90%(见图3)。
  在有机化工装置中,常存在有多种有毒介质。在聚甲醛装置中典型的有毒介质有甲醛,二氧五环。从安全,环保的角度应采用低泄漏阀。调节阀的泄漏源主要为阀杆与填料间隙,为保证阀杆动作自如,必须与填料有一定间隙。对于低沸点介质很容易从此处泄漏出来。
  采用波纹管密封可彻底解决这个问题。传统的波纹管受材质和加工工艺限制,使用寿命不长。SAMSON阀门具有金属波纹管专利密封技术,防止了任何有毒及易燃爆气体散逸到大气中,它的设计为2~5层结构,采用一次成型方式,非分段焊接方式,采用软密封的阀芯/座配合,可达到零内泄漏,且使用次数(阀门全开到全关)在160万次以上,同时可以加载波纹管检漏装置,更能保证阀门的安全性,保护人身及环境安全(见图4)。
  作为合成聚甲醛的主要原料三聚甲醛需要逐级提浓至99.99%。在高浓度下须保持70℃左右才能维持液态。如遇冷即结晶,同时伴随有生成多聚甲醛的副反应,且为不可逆反应。工艺上此类管道设计为夹套管,伴随75℃热水。调节阀也必须为夹套阀。许多厂家为降低制造成本,采取夹套外购的方式,将夹套与阀体固定在一起,通过夹套壁传热。金属之间很难作到无间隙,造成传热死角。SAMSON将夹套焊接在阀体上,采用下进上出的方式,独立循环系统使得介质能够均匀分布到阀体的各个部分;不改变原阀门的尺寸,方便安装,拆卸简便;结构小巧独立, 不受管道干扰, 也不对其他管件产生影响。这种夹套必须经过水压试验及探伤,使成本上升,但无保温死角(见图5)。
  以上从工艺角度讨论了调节阀选型的特殊要求,在满足工艺需要的前提下,阀门的使用寿命与工作状况直接相关。在计算书上除了开度、噪声等结果,还应密切注意出口流速的值,原则上液体的出口流速不应大于3m/s,而对于气体或蒸汽则不应大于3Mach,在选型的过程中,如果忽略了这个值而单纯地看开度和噪声,过高的流速会造成对阀门内件的损害,从而使阀门的使用寿命不能得到保障。
  阀门的加工工艺中,阀体的制造工艺是非常重要的,SAMSON阀体制造(锻造/铸造)采用计算机应力分析、检测以保证标准的耐温、耐压规格;同时采用机器人手车削阀体内腔确保最小阻力系数;铸造阀体采用专利技术在阀体内腔流路表面形成一氧化膜层,大大提高阀门耐腐蚀性和寿命。
  结束语
  针对聚甲醛装置的工艺要求,经过市场调研,最终选用SAMSON调节阀。投用4年来,运行非常稳定。解体检查未发现内件磨损现象,使日常维护工作量大幅降低。
  在进行增产20%改造以后,现有调节阀不需要更换仍然能够满足要求。除了阀体自身坚固耐用以外,还得益于SAMSON偏于保守的选型风格,Kv值和执行机构均留有较大余量,减少了二次投资。

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