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關于調節(jié)閥在聚甲醛裝置的應用探討

發(fā)布于:2019/11/19 8:56:05 點擊量:161

    在化工生產中,調節(jié)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(jié)閥選型的原則,并介紹了在聚甲醛裝置中應用調節(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。

文章

    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??;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(huán)產品均要求達到99.99%的濃度。

    調節(jié)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(jié)閥卡塞,振動,泄漏,流量特性失真甚至閥芯脫落的現(xiàn)象。在長期的機械疲勞,熱沖擊和化學腐蝕作用下,調節(jié)閥的使用性能逐漸下降。實際上調節(jié)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(jié)閥的選用

    在調節(jié)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(wěn)定使用。眾所周知,調節(jié)回路參數(shù)的整定耗時費力,其重要的原因便是調節(jié)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(shù)學期望值,但通過調節(jié)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(wěn)定。對于單回路而言,可以放寬控制強度得到較好的穩(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,得到高純度的產品,需要精確、穩(wěn)定的塔板溫度控制。通常采用串級調節(jié):主回路為溫度調節(jié),副回路為蒸汽流量調節(jié),如圖2所示。

文章

    但流量回路響應快速,易造成調節(jié)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(wěn)定,延長使用壽命,并且遠離流體沖刷區(qū),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)。

文章


    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(huán)。從安全,環(huán)保的角度應采用低泄漏閥。調節(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(tǒng)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(shù)(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(huán)境安全(見圖4)。

文章

    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(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,采用下進上出的方式,獨立循環(huán)系統(tǒng)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)。

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    以上從工藝角度討論了調節(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。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(guī)格;同時采用機器人手車削閥體內腔確保最小阻力系數(shù);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(jié)閥。投用4年來,運行非常穩(wěn)定。解體檢查未發(fā)現(xiàn)內件磨損現(xiàn)象,使日常維護工作量大幅降低。

    在進行增產20%改造以后,現(xiàn)有調節(jié)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(zhí)行機構均留有較大余量,減少了二次投資。

文 / 賀德明


本文鏈接:http://nuvbdsol.com/projectcase/detail/20191119085605.html


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