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特殊高压调节阀的应用
 
慧聪网   2005年12月1日15时16分      

    摘要:简要介绍特殊高压调节阀在尿素合成塔(P4)及合成氨分、冷交上的应用以及所带来的经济效益。

    关键词:特殊高压调节阀 冲蚀 气蚀

    高压调节阀通常是指PN≥16Mpa的阀,该阀使用中主要存在的问题不是压力大,而是压差特别大时,对阀芯、阀座产生严重的气蚀和腐蚀,整阀的寿命极短,一般的阀仅能用上1~2个月。

    高压阀寿命短的主要原因有两个:

    1、冲蚀:

    在节流口,介质高速流动,具有强大动能,它可以很快将阀芯、阀座冲出流线型的细槽。尤其在小开度时,节流间隙小,节流速度达到最大值,巨大的冲刷作用会破坏钝化型金属的表面钝化膜,并妨碍其再钝化,使金属处于表面钝化膜不完善或者不存在的状态,腐蚀速度急剧增加。这就是调节阀为什么要避免小开度工作的主要原因。

    2、气蚀:

    当介质流过节流口时,其速度急剧增加,压力急剧下降,当压力低于饱和蒸气压时,液体就会闪蒸出气体来,形成气液双向流动。气体裹挟着未气化的液滴,以极高的速度撞击阀芯,对阀芯造成了巨大的破坏。这种破坏过程类似于喷砂过程(喷砂是以空气为载体带着磨料向前移动,磨料的速度接近载体),其中液滴相当于磨料,载体为气体。

    当气液流过节流口时,速度逐渐下降,压力也逐渐恢复,当压力大于饱和蒸气压时,气泡破裂,四周的液体以很快的速度来填充气泡所占的空间,在液体内部发生猛烈的撞击,在小范围内压力可以达到几千个大气压,瞬间产生的强大冲击波会对阀芯表面产生极大的破坏作用,它和气液流的“喷砂”过程联合作用,使阀芯表面产生蜂窝状的凹坑,从而在很短的时间内造成严重的物理性损伤。整个过程伴随有较大的振动和噪音。

    气蚀的产生过程如图一所示。

    小开度工作时,冲蚀是主要矛盾,大开度工作时,气蚀是主要矛盾。所以在实际是用当中应尽量避免小开度工作。

特殊高压调节阀的应用

图一、气蚀产生过程示意图

    山西兰花科技创业股份有限公司化肥分公司使用重庆华林公司尿素专用P4(合成塔出口压力)调节阀,其结构如下:

特殊高压调节阀的应用

图二、重庆华林P4专用高压阀结构图

    该阀的特点是多次节流,分摊压差.

    A处:接管缩径。相当于孔板节流,约占总压降的10%。

    B处:单座节流。为主节流,为单座阀结构,约占总压降的30%。

    C处:套筒节流。为套筒结构,约占总压降的60%。

    因此,本高压阀的结构相当于:孔板+单座阀+套筒阀。

    可以看出,在相当于传统单座阀的B处,承受的压差只是普通调节阀的30%。

    在未使用本阀之前,普通的角式高压阀寿命较短,少则十几天,多则三四个月,经常因为P4阀的故障引起尿素停车,对生产造成了特别大的影响。在使用了本阀门之后,几乎没有因为P4阀对生产而造成影响。兰花科创化肥分公司共有10万吨/年和20万吨/年两套全循环水溶液法尿素装置,其中一尿(10万吨/年)于2002年9月安装此阀(期间停产一年左右),使用至今,实际连续运行时间为十个月;而二尿(20万吨/年)于2003年1月份安装此阀后使用至今,已连续运行一年半时间,并且仍在继续正常使用。根据实际运行情况,其寿命将可达2-3年。在国内多家知名氮肥厂家,如宜化、郴化、洞氮、鲁西等都有使用。

    同样的问题也存在于合成氨的氨分、冷交液位自调上,液氨经过放氨阀时,除了冲刷作用和液氨气化形成二相流外,还有部分溶解在液氨中的H2、N2在放氨过程中的大减压总被解析出来,据有关资料介绍,1m3的液氨在减压时将释放出48m3的H2、N2,这无疑加剧了气蚀作用。

    天脊集团晋城化工公司化工厂∮1600、∮1400合成系统由湖南安醇公司设计,其氨分、冷交调节阀使用了湖南汩罗精诚自动化设备厂生产的专用放氨阀。自2002年12月投产以来,一直稳定工作至今。其结构如下:

特殊高压调节阀的应用

    该阀的特点是多次节流,分摊压差.

    此阀门采用侧进底出的结构形式。从套筒中心的对称小孔中喷入的液体成为二相流体,一方面在套筒中心相互撞击,使大多数高速度液滴失去动能,而转化为热能;另一部分穿过中心及经过撞击后速度仍然较高的液滴,到达对面的筒壁时,由于受到滞留筒腔内液体的阻隔,动能仍会自行消缓,避免了对阀塞及筒壁的直接破坏。

    效益分析:

    全循环水溶液法尿素装置中的P4阀如使用普通单座调节阀,其寿命一般在1~6个月,折衷以三个月的使用寿命计算,每年将有4天因出现故障及更换阀门等原因而影响尿素产量。而在使用华林公司的特殊高压调节阀后,以应用于18.30尿素计算,日产量为1000吨,每年将减少尿素损失4000吨。阀门使用寿命一般在2~3年,以2年计算,在2年的使用寿命计算,将增加尿素产量8000吨,价值1100元(2003年价)*8000吨=880万元,还不包括因减少更换调节阀而节省的设备购置费用。

    存在问题及讨论:

    1、防止小开度工作是关键,当选型时,一定要避免DN值选过大,否则将发挥不出其长处,而也将在短时间内损坏。

    2、重庆华林的调节阀在使用当中总体来讲是比较令人满意的,只是由于手轮采用顶装式,下雨等原因会引起手轮螺杆螺纹的生锈腐蚀,因而必须采取防腐措施,另外手轮的位置也没有指示装置,无法将手轮象常规手轮一样放在中间自由位置。

    3、氨分、冷交调节阀使用的湖南汩罗精诚自动化设备厂生产的放氨阀,此阀门在设计中因考虑避免自激振荡的原因,使用了电气转换器而不是定位器,而在实际当中,遇到填料摩擦力较大时,往往不能够定位,造成了调节上的困难,因而我们在出现问题的调节阀上仍然改用定位器。另外在调节阀出现故障的情况或其他情况下,往往使用旁路来调节液位,由于旁路截止阀没有反气蚀措施,因而阀芯很快就会被气蚀损坏,造成液位保不住的情况,此时应该及时更换旁路阀,而不是一味将注意力放在调节阀上。

    总结:

    特殊高压调节阀是为适应特殊的使用要求而诞生的,它的出色表现保证了化肥生产的长周期连续运行,减少了因调节阀故障而导致的系统停车而造成的损失,为企业创造了巨大的经济效益,实现了“小投入,大产出”、事半功倍的效果。

    参考文献:

    1、明赐东《调节阀计算、选型使用》

    2、黎海蛟《合成自动放氨阀的新进展》《小氮肥》2001.5

    作者单位:河南龙宇煤化工公司    

    地址:河南永城市光明路西段(因该路没有进行编号,故无具体牌号) 476600   

    Email:qjg72@sohu.com 

 
作者:邱晋刚 
 
 
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