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關于調節閥在聚甲醛裝置的應用探討
發布于：2019/11/19 8:56:05 點擊量：235
在化工生產中，調節閥是直接接觸工藝介質的控制機構，本文以工程實際為背景，討論了調節閥選型的原則，并介紹了在聚甲醛裝置中應用調節閥的情況。
工藝簡介：
云南云天化股份有限公司的聚甲醛裝置系國內第一套同類型裝置，工藝包從波蘭ZAT引進，采用共聚甲醛技術。
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%。以下經過42工段：去除低沸點物如甲縮醛及甲醇；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：原料是60%甲醛和乙二醇，得到二氧五環后用NaOH脫水得到99%DOX；再經過精餾得到99.99%二氧五環。
從工藝流程可知，對原料的純度要求很高，工業甲醛濃度一般不大于55%，此工藝要求60%；而反應的平衡濃度較低，需要多次分離，其中反復采用精餾塔操作，三聚甲醛和二氧五環產品均要求達到99.99%的濃度。
調節閥是直接接觸工藝介質的控制機構，承受著流體的壓力，溫度，沖刷，腐蝕和磨損。惡劣工況下不乏調節閥卡塞，振動，泄漏，流量特性失真甚至閥芯脫落的現象。在長期的機械疲勞，熱沖擊和化學腐蝕作用下，調節閥的使用性能逐漸下降。實際上調節閥的使用壽命難以估計，最重要的因素是需要設計者了解工藝要求及使用工況。
調節閥的選用
在調節閥的選用中，必須首先考慮是否能達成工藝目的，滿足控制要求以及長期穩定使用。眾所周知，調節回路參數的整定耗時費力，其重要的原因便是調節閥的流量特性很難做到理想曲線。控制器采用計算機技術已能使PID算法接近數學期望值，但通過調節閥動作得到的流量特性總是偏離理想值，需要多次調整才能穩定。對于單回路而言，可以放寬控制強度得到較好的穩定性；而串級回路中，副回路需要較好的快速響應及自我穩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，得到高純度的產品，需要精確、穩定的塔板溫度控制。通常采用串級調節：主回路為溫度調節，副回路為蒸汽流量調節，如圖2所示。
但流量回路響應快速，易造成調節閥振蕩，使整個串級回路波動。相對P形閥芯，采用V形閥芯有利于提升控制品質。它具有不對稱結構，定點徑向力，震動性小，有利于閥芯穩定，延長使用壽命，并且遠離流體沖刷區，有利于保護閥芯/座，避免湍流損壞；此外，等百分比流量特性是嚴格的等百分比曲線，在任何口徑下，不改變曲線特性，工作范圍20%~90%（見圖3）。
在有機化工裝置中，常存在有多種有毒介質。在聚甲醛裝置中典型的有毒介質有甲醛，二氧五環。從安全，環保的角度應采用低泄漏閥。調節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。對于低沸點介質很容易從此處泄漏出來。
采用波紋管密封可徹底解決這個問題。傳統的波紋管受材質和加工工藝限制，使用壽命不長。SAMSON閥門具有金屬波紋管專利密封技術，防止了任何有毒及易燃爆氣體散逸到大氣中，它的設計為2～5層結構，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，可達到零內泄漏，且使用次數（閥門全開到全關）在160萬次以上，同時可以加載波紋管檢漏裝置，更能保證閥門的安全性，保護人身及環境安全（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。如遇冷即結晶，同時伴隨有生成多聚甲醛的副反應，且為不可逆反應。工藝上此類管道設計為夾套管，伴隨75℃熱水。調節閥也必須為夾套閥。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，采用下進上出的方式，獨立循環系統使得介質能夠均勻分布到閥體的各個部分；不改變原閥門的尺寸，方便安裝，拆卸簡便；結構小巧獨立, 不受管道干擾, 也不對其他管件產生影響。這種夾套必須經過水壓試驗及探傷，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節閥選型的特殊要求，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。在計算書上除了開度、噪聲等結果，還應密切注意出口流速的值，原則上液體的出口流速不應大于3m/s，而對于氣體或蒸汽則不應大于3Mach，在選型的過程中，如果忽略了這個值而單純地看開度和噪聲，過高的流速會造成對閥門內件的損害，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)采用計算機應力分析、檢測以保證標準的耐溫、耐壓規格；同時采用機器人手車削閥體內腔確保最小阻力系數；鑄造閥體采用專利技術在閥體內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。
結束語
針對聚甲醛裝置的工藝要求，經過市場調研，最終選用SAMSON調節閥。投用4年來，運行非常穩定。解體檢查未發現內件磨損現象，使日常維護工作量大幅降低。
在進行增產20%改造以后，現有調節閥不需要更換仍然能夠滿足要求。除了閥體自身堅固耐用以外，還得益于SAMSON偏于保守的選型風格，Kv值和執行機構均留有較大余量，減少了二次投資。
（文 / 賀德明）
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