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化工生產(chǎn)中偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的應用改進

發(fā)布于:2019/9/5 10:20:44 點擊量:198

    目前,國內(nèi)許多化工生產(chǎn)過程中,產(chǎn)出氯化氫、氫氣等物質(zhì),這些都是易燃易爆、有毒有害的物質(zhì),一旦發(fā)生泄漏或遇明火均會產(chǎn)生嚴重后果。這就要求工藝管道上所使用的調(diào)節(jié)閥具有響應速度快、基本誤差小的特點,并且在發(fā)生危險的情況下,以聯(lián)鎖的方式通過附加的電磁閥切斷調(diào)節(jié)閥氣源,迅速完成調(diào)節(jié)閥的啟閉動作。為保證安全生產(chǎn),保護企業(yè)財產(chǎn),實現(xiàn)自動化控制,在重要的工藝管道上,選用品質(zhì)好的調(diào)節(jié)閥控制工藝介質(zhì)流量、溫度、壓力和液位等參數(shù)。此調(diào)節(jié)閥集成偏心旋轉(zhuǎn)閥、先導式二位三通電磁閥、智能控制定位器。

    1 偏心旋轉(zhuǎn)氣動調(diào)節(jié)閥的原理和特點

    偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的工作原理就是閥座上坐落有一個偏心轉(zhuǎn)動的扇形球閥,利用偏心球冠與閥座的相對位置來控制工藝管道中的介質(zhì)。當打開時,偏心球冠相對于閥座轉(zhuǎn)過一定角度,球芯脫離閥座,工藝介質(zhì)通過偏心球冠與閥座之間的空隙,空隙的大小由調(diào)節(jié)閥氣缸的氣源信號來控制;同理當關閉時,氣缸內(nèi)的氣源信號使偏心球冠逐步靠近閥座,直至使偏心球冠對閥座相切產(chǎn)生一定壓緊力而關緊調(diào)節(jié)閥。

    偏心旋轉(zhuǎn)閥的特點如下。

    (1)球面壓緊閥座 , 容易把結晶結巴物破壞,適用于易結晶、結巴等存在介質(zhì)的場合中。

    (2)流路簡單,kV值大,自潔性能好。

    (3)體積小,重量輕。

    該調(diào)節(jié)閥采用SVI-Ⅱ單作用智能定位器,它的電/氣轉(zhuǎn)換器將接收的4~20mA標準電流信號轉(zhuǎn)換為20~100 kPa的標準氣壓信號p去推動閥門,閥門的位移負反饋到定位器(輸入端),和輸入信號進行比較調(diào)節(jié),使調(diào)節(jié)閥能按輸入信號精確的確定開度[ 2] 。閥門定位器原理如(圖1)所示。

    2 先導式電磁閥特點

    先導式二位三通電磁閥主要由導閥和主閥組成,其特點是大通徑,大流量,能用于控制大型機構,快速關閉大型控制閥,彈性體閥座,密閉性好。功率消耗低、通徑較大,而結構簡單、安裝方向任意,但只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場合。通電時,電磁力把先導孔打開,上腔室壓力迅速下降,在關閉件周圍形成上低下高的壓差,流體壓力推動關閉件向上移動,閥門打開;斷電時,彈簧力把先導孔關閉,入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關閥件周圍形成下低上高的壓差,流體壓力推動關閉件向下移動,關閉閥門。

    特點:流體壓力范圍上限較高,可任意安裝(需定制)但必須滿足流體壓差條件(圖2)。

    3 調(diào)節(jié)閥改造前

    改造前,35-35121調(diào)節(jié)閥的控制回路如下:控制調(diào)節(jié)閥動作的氣源經(jīng)過過濾減壓閥給定位器供氣,氣源壓力設定在0.3MPa,定位器為單輸出、正作用的定位器,當定位器的輸入信號增加時,輸出氣源壓力增加,再經(jīng)過電磁閥后進入偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的右氣缸,右氣缸的壓力增加推動活塞向左移動使閥門開度增大。相反地,當定位器輸入電流信號減小時,輸出的氣源壓力減小,經(jīng)電磁閥后進入偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥右氣缸的壓力亦減小,彈簧作用下,活塞向右移動使閥門開度變小。調(diào)節(jié)閥氣源通路如(圖3)所示。

    在這種情況下,此偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥在運行過程中暴露了一些缺點,主要體現(xiàn)以下幾點。    

    缺點一:閥響應速度慢,特別是調(diào)節(jié)開度從大到小時表現(xiàn)最為明顯。例如:當正作用閥門處于全開狀態(tài)時,給一個全關信號,閥門關至40%~30%的開度后,約30s才繼續(xù)緩慢關至10%~0。

    缺點二:誤差較大。當閥門處于全關狀態(tài)時,輸入信號為20mA信號,閥門理論開度為100%,而實際開度只有68%。

    缺點三:閥門內(nèi)漏嚴重。這對存在易燃易爆、有毒有害的氫氣、

    氯化氫等介質(zhì),生產(chǎn)工藝復雜的化工行業(yè)中,要求閥門動作靈敏、控制準確的特性相背離,從而給化工裝置的安全生產(chǎn)帶來嚴重的安全隱患。

    4 原因分析

    該閥門的氣缸,一側(cè)采用單輸出閥門定位器驅(qū)動,另一側(cè)靠彈簧來實現(xiàn)平衡。閥門定位器輸出的氣壓信號需經(jīng)過電磁閥,才能作用在執(zhí)行機構上。調(diào)節(jié)閥、定位器均為正作用。由于先導式電磁閥只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場合,見(圖2),在調(diào)節(jié)閥從大開度到小開度過程中,根據(jù)定位器計算結果,定位器到氣缸的壓力變小,即P口壓力變小,先導控制口8壓力相應變小,則活塞向上的受力減小,在彈簧作用下,活塞向下運動帶動電磁閥閥芯向下,A口、P口開度變小,氣體流動變慢,隨著壓力下降,電磁閥閥芯不斷向下,通氣速度不斷下降,這樣,就需要長時間的調(diào)節(jié)才到達定位器設定的壓力。所以,當開度關至40%~30%的開度后,排氣困難,需要約30s才繼續(xù)排氣使閥門緩慢關至10%~0。

    當閥門在從小開度到大開度過程中,根據(jù)定位器計算結果,氣信號經(jīng)過電磁閥被削弱,氣體被迫縮徑后徑,擾亂了定位器的固有計算方式,造成閥門動作誤差大。當輸入信號為4mA時,閥門實際不能全關,導致工藝管道仍有物料經(jīng)過,所以內(nèi)漏嚴重。

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    5 調(diào)節(jié)閥優(yōu)化方案

    由于閥門的動作由定位器進行調(diào)節(jié)控制,在改進過程中,縮短定位器與執(zhí)行機構的距離,將定位器改裝在先導式電磁閥之后。此時電磁閥的驅(qū)動氣由氣源直接供給,壓力不再受定位器的影響。正常情況下,電磁閥得電,處于打開狀態(tài),給定位器4~20mA的信號時,定位器將電信號轉(zhuǎn)化為氣壓信號直接作用在偏心旋轉(zhuǎn)閥,此時氣體不需要再經(jīng)過電磁閥,即不需要經(jīng)過電磁閥閥芯快速的進入氣缸,推動活塞帶動連接桿,驅(qū)動閥芯運動。位移負反饋至定位器,精確計算,和輸入信號進行比較調(diào)節(jié),使調(diào)節(jié)閥能按輸入信號精確地確定開度。

    當工藝發(fā)生異常情況時,聯(lián)鎖回路中的流量/溫度/壓力變送器測量值超過正常值范圍時,電磁閥失電,立刻關閉,通過定位器立刻關閉調(diào)節(jié)閥,達到了連鎖控制要求,保障了安全生產(chǎn)。調(diào)節(jié)閥優(yōu)化方案圖如(圖4)所示。

    該調(diào)節(jié)閥優(yōu)化后,調(diào)節(jié)閥的行程時間(全開行程時間和全關行程時間)、基本誤差、回差、連鎖開關時間。改進前后指標如(表1)所示。


    運行結果表明,偏心旋轉(zhuǎn)閥的性能與原先相比具有精度高,響應速度快,而且輸出功率更大,維護也更方便,在供氣壓力相同時,驅(qū)動閥門的氣壓更大,氣量更多。優(yōu)化后,閥門不能全關的現(xiàn)象得到解決。由于定位器輸出力的增加,閥門內(nèi)漏情況明顯好轉(zhuǎn)。

    6 結論

    經(jīng)過改進的偏心旋轉(zhuǎn)閥,控制精度高,響應速度快,聯(lián)鎖動作快,大大減少了維護工作量,更符合化工生產(chǎn)的對閥門控制品質(zhì)的要求,值得推廣。


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