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調(diào)節(jié)閥應(yīng)用探討

2009年03月18日 20:28:43人氣:753來源:上海艾迪爾自控儀表有限公司

在化工生產(chǎn)中,調(diào)節(jié)閥是直接接觸工藝介質(zhì)的控制機(jī)構(gòu),本文以工程實(shí)際為背景,討論了調(diào)節(jié)閥選型的原則,并介紹了在聚甲醛裝置中應(yīng)用調(diào)節(jié)閥的情況。


   
工藝簡介

   
云南云天化股份有限公司的聚甲醛裝置系國內(nèi)*套同類型裝置,工藝包從波蘭ZAT引進(jìn),采用共聚甲醛技術(shù)。

 

                   

    30
工段甲醛提濃:分為甲醛真空濃縮,甲醇去除,甲醛加壓濃縮;原料為40%甲醛,產(chǎn)品為60%甲醛。

    40
工段三聚甲醛合成:三聚甲醛合成在液相中進(jìn)行,催化劑為硫酸,原料是60%甲醛液,三聚甲醛平衡濃度為4%。以下經(jīng)過42工段:去除低沸點(diǎn)物如甲縮醛及甲醇;43工段三聚甲醛濃縮锝 60%三聚甲醛;44工段三聚甲醛結(jié)晶分離;46工段提純:加堿萃取;47工段:蒸餾得99.99%三聚甲醛。

    50
工段制備二氧五環(huán):原料是60%甲醛和乙二醇,得到二氧五環(huán)后用NaOH脫水得到99%DOX;再經(jīng)過精餾得到99.99%二氧五環(huán)。

   
從工藝流程可知,對原料的純度要求很高,工業(yè)甲醛濃度一般不大于55%,此工藝要求60%;而反應(yīng)的平衡濃度較低,需要多次分離,其中反復(fù)采用精餾塔操作,三聚甲醛和二氧五環(huán)產(chǎn)品均要求達(dá)到99.99%的濃度。

   
調(diào)節(jié)閥是直接接觸工藝介質(zhì)的控制機(jī)構(gòu),承受著流體的壓力,溫度,沖刷,腐蝕和磨損。惡劣工況下不乏調(diào)節(jié)閥卡塞,振動,泄漏,流量特性失真甚至閥芯脫落的現(xiàn)象。在長期的機(jī)械疲勞,熱沖擊和化學(xué)腐蝕作用下,調(diào)節(jié)閥的使用性能逐漸下降。實(shí)際上調(diào)節(jié)閥的使用壽命難以估計(jì),zui重要的因素是需要設(shè)計(jì)者了解工藝要求及使用工況。

    調(diào)節(jié)閥的選用

   
在調(diào)節(jié)閥的選用中,必須首先考慮是否能達(dá)成工藝目的,滿足控制要求以及長期穩(wěn)定使用。*,調(diào)節(jié)回路參數(shù)的整定耗時(shí)費(fèi)力,其重要的原因便是調(diào)節(jié)閥的流量特性很難做到理想曲線。控制器采用計(jì)算機(jī)技術(shù)已能使PID算法接近數(shù)學(xué)期望值,但通過調(diào)節(jié)閥動作得到的流量特性總是偏離理想值,需要多次調(diào)整才能穩(wěn)定。對于單回路而言,可以放寬控制強(qiáng)度得到較好的穩(wěn)定性;而串級回路中,副回路需要較好的快速響應(yīng)及自我穩(wěn)定性才能跟隨主回路的變化。

   
在聚甲醛工藝中,為保證精餾塔的分離效率,得到高純度的產(chǎn)品,需要、穩(wěn)定的塔板溫度控制。通常采用串級調(diào)節(jié):主回路為溫度調(diào)節(jié),副回路為蒸汽流量調(diào)節(jié),如圖2所示。

 

    但流量回路響應(yīng)快速,易造成調(diào)節(jié)閥振蕩,使整個(gè)串級回路波動。相對P形閥芯,采用V形閥芯有利于提升控制品質(zhì)。它具有不對稱結(jié)構(gòu),定點(diǎn)徑向力,震動性小,有利于閥芯穩(wěn)定,延長使用壽命,并且遠(yuǎn)離流體沖刷區(qū),有利于保護(hù)閥芯/座,避免湍流損壞;此外,等百分比流量特性是嚴(yán)格的等百分比曲線,在任何口徑下,不改變曲線特性,工作范圍20%~90%(見圖3)。


   在有機(jī)化工裝置中,常存在有多種有毒介質(zhì)。在聚甲醛裝置中典型的有毒介質(zhì)有甲醛,二氧五環(huán)。從安全,環(huán)保的角度應(yīng)采用低泄漏閥。調(diào)節(jié)閥的泄漏源主要為閥桿與填料間隙,為保證閥桿動作自如,必須與填料有一定間隙。對于低沸點(diǎn)介質(zhì)很容易從此處泄漏出來。
采用波紋管密封可*解決這個(gè)問題。傳統(tǒng)的波紋管受材質(zhì)和加工工藝限制,使用壽命不長。SAMSON閥門具有金屬波紋管密封技術(shù),防止了任何有毒及易燃爆氣體散逸到大氣中,它的設(shè)計(jì)為25層結(jié)構(gòu),采用一次成型方式,非分段焊接方式,采用軟密封的閥芯/座配合,可達(dá)到零內(nèi)泄漏,且使用次數(shù)(閥門全開到全關(guān))在160萬次以上,同時(shí)可以加載波紋管檢漏裝置,更能保證閥門的安全性,保護(hù)人身及環(huán)境安全(見圖4)。

    作為合成聚甲醛的主要原料三聚甲醛需要逐級提濃至99.99%。在高濃度下須保持70℃左右才能維持液態(tài)。如遇冷即結(jié)晶,同時(shí)伴隨有生成多聚甲醛的副反應(yīng),且為不可逆反應(yīng)。工藝上此類管道設(shè)計(jì)為夾套管,伴隨75℃熱水。調(diào)節(jié)閥也必須為夾套閥。許多廠家為降低制造成本,采取夾套外購的方式,將夾套與閥體固定在一起,通過夾套壁傳熱。金屬之間很難作到無間隙,造成傳熱死角。SAMSON將夾套焊接在閥體上,采用下進(jìn)上出的方式,獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)使得介質(zhì)能夠均勻分布到閥體的各個(gè)部分;不改變原閥門的尺寸,方便安裝,拆卸簡便;結(jié)構(gòu)小巧獨(dú)立, 不受管道干擾,也不對其他管件產(chǎn)生影響。這種夾套必須經(jīng)過水壓試驗(yàn)及探傷,使成本上升,但無保溫死角(見圖5)。

   以上從工藝角度討論了調(diào)節(jié)閥選型的特殊要求,在滿足工藝需要的前提下,閥門的使用壽命與工作狀況直接相關(guān)。在計(jì)算書上除了開度、噪聲等結(jié)果,還應(yīng)密切注意出口流速的值,原則上液體的出口流速不應(yīng)大于3m/s,而對于氣體或蒸汽則不應(yīng)大于3Mach,在選型的過程中,如果忽略了這個(gè)值而單純地看開度和噪聲,過高的流速會造成對閥門內(nèi)件的損害,從而使閥門的使用壽命不能得到保障。

   
閥門的加工工藝中,閥體的制造工藝是非常重要的,SAMSON閥體制造鍛造/鑄造采用計(jì)算機(jī)應(yīng)力分析、檢測以保證標(biāo)準(zhǔn)的耐溫、耐壓規(guī)格;同時(shí)采用機(jī)器人手車削閥體內(nèi)腔確保zui小阻力系數(shù);鑄造閥體采用技術(shù)在閥體內(nèi)腔流路表面形成一氧化膜層,大大提高閥門耐腐蝕性和壽命。
    結(jié)束語

   
針對聚甲醛裝置的工藝要求,經(jīng)過市場調(diào)研,zui終選用SAMSON調(diào)節(jié)閥。投用4年來,運(yùn)行非常穩(wěn)定。解體檢查未發(fā)現(xiàn)內(nèi)件磨損現(xiàn)象,使日常維護(hù)工作量大幅降低。

   
在進(jìn)行增產(chǎn)20%改造以后,現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥不需要更換仍然能夠滿足要求。除了閥體自身堅(jiān)固耐用以外,還得益于SAMSON偏于保守的選型風(fēng)格,Kv值和執(zhí)行機(jī)構(gòu)均留有較大余量,減少了二次投資。

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