發(fā)布于:2019/11/19 8:56:05 點(diǎn)擊量:162
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(jiǎn)介:
云南云天化股份有限公司的聚甲醛裝置系國(guó)內(nèi)第一套同類(lèi)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(guò)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?。?7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(guò)精餾得到99.99%二氧五環(huán)。
從工藝流程可知,對(duì)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(dòng),泄漏,流量特性失真甚至閥芯脫落的現(xiàn)象。在長(zhǎng)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),最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(zhǎng)期穩(wěn)定使用。眾所周知,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??刂破鞑捎糜?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(guò)調(diào)節(jié)閥動(dòng)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(duì)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(jí)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,需要精確、穩(wěn)定的塔板溫度控制。通常采用串級(jí)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(jí)回路波動(dòng)。相對(duì)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(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),定點(diǎn)徑向力,震動(dòng)性小,有利于閥芯穩(wěn)定,延長(zhǎng)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(jiàn)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(dòng)作自如,必須與填料有一定間隙。對(duì)于低沸點(diǎn)介質(zhì)很容易從此處泄漏出來(lái)。
采用波紋管密封可徹底解決這個(gè)問(wèn)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(zhǎng)。SAMSON閥門(mén)具有金屬波紋管專(zhuān)利密封技術(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2~5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(mén)全開(kāi)到全關(guān))在160萬(wàn)次以上,同時(shí)可以加載波紋管檢漏裝置,更能保證閥門(mén)的安全性,保護(hù)人身及環(huán)境安全(見(jiàn)圖4)。
作為合成聚甲醛的主要原料三聚甲醛需要逐級(jí)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(lèi)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(gòu)的方式,將夾套與閥體固定在一起,通過(guò)夾套壁傳熱。金屬之間很難作到無(wú)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?cè)y門(mén)的尺寸,方便安裝,拆卸簡(jiǎn)便;結(jié)構(gòu)小巧獨(dú)立, 不受管道干擾, 也不對(duì)其他管件產(chǎn)生影響。這種夾套必須經(jīng)過(guò)水壓試驗(yàn)及探傷,使成本上升,但無(wú)保溫死角(見(jiàn)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(mén)的使用壽命與工作狀況直接相關(guān)。在計(jì)算書(shū)上除了開(kāi)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(duì)于氣體或蒸汽則不應(yīng)大于3Mach,在選型的過(guò)程中,如果忽略了這個(gè)值而單純地看開(kāi)度和噪聲,過(guò)高的流速會(huì)造成對(duì)閥門(mén)內(nèi)件的損害,從而使閥門(mén)的使用壽命不能得到保障。
閥門(mén)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(cè)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(chē)削閥體內(nèi)腔確保最小阻力系數(shù);鑄造閥體采用專(zhuān)利技術(shù)在閥體內(nèi)腔流路表面形成一氧化膜層,大大提高閥門(mén)耐腐蝕性和壽命。
結(jié)束語(yǔ)
針對(duì)聚甲醛裝置的工藝要求,經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研,最終選用SAMSON調(diào)節(jié)閥。投用4年來(lái),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。
(文 / 賀德明)
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