调节阀应用探讨
日期：2008-6-30 12:16:55 来源：本站整理
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在化工生产中，调节阀是直接接触工艺介质的控制机构，本文以工程实际为背景，讨论了调节阀选型的原则，并介绍了在聚甲醛装置中应用调节阀的情况。
工艺简介
云南云天化股份有限公司的聚甲醛装置系国内第一套同类型装置，工艺包从波兰ZAT引进，采用共聚甲醛技术。
30工段甲醛提浓：分为甲醛真空浓缩，甲醇去除，甲醛加压浓缩；原料为40%甲醛，产品为60%甲醛。
40工段三聚甲醛合成：三聚甲醛合成在液相中进行，催化剂为硫酸，原料是60%甲醛液，三聚甲醛平衡浓度为4%。以下经过42工段：去除低沸点物如甲缩醛及甲醇；43工段三聚甲醛浓缩锝 60%三聚甲醛；44工段三聚甲醛结晶分离；46工段提纯：加碱萃取；47工段：蒸馏得99.99%三聚甲醛。
50工段制备二氧五环：原料是60%甲醛和乙二醇，得到二氧五环后用NaOH脱水得到99%DOX；再经过精馏得到99.99%二氧五环。
从工艺流程可知，对原料的纯度要求很高，工业甲醛浓度一般不大于55%，此工艺要求60%；而反应的平衡浓度较低，需要多次分离，其中反复采用精馏塔操作，三聚甲醛和二氧五环产品均要求达到99.99%的浓度。
调节阀是直接接触工艺介质的控制机构，承受着流体的压力，温度，冲刷，腐蚀和磨损。恶劣工况下不乏调节阀卡塞，振动，泄漏，流量特性失真甚至阀芯脱落的现象。在长期的机械疲劳，热冲击和化学腐蚀作用下，调节阀的使用性能逐渐下降。实际上调节阀的使用寿命难以估计，最重要的因素是需要设计者了解工艺要求及使用工况。
调节阀的选用
在调节阀的选用中，必须首先考虑是否能达成工艺目的，满足控制要求以及长期稳定使用。众所周知，调节回路参数的整定耗时费力，其重要的原因便是调节阀的流量特性很难做到理想曲线。控制器采用计算机技术已能使PID算法接近数学期望值，但通过调节阀动作得到的流量特性总是偏离理想值，需要多次调整才能稳定。对于单回路而言，可以放宽控制强度得到较好的稳定性；而串级回路中，副回路需要较好的快速响应及自我稳定性才能跟随主回路的变化。
在聚甲醛工艺中，为保证精馏塔的分离效率，得到高纯度的产品，需要精确、稳定的塔板温度控制。通常采用串级调节：主回路为温度调节，副回路为蒸汽流量调节，如图2所示。
但流量回路响应快速，易造成调节阀振荡，使整个串级回路波动。相对P形阀芯，采用V形阀芯有利于提升控制品质。它具有不对称结构，定点径向力，震动性小，有利于阀芯稳定，延长使用寿命，并且远离流体冲刷区，有利于保护阀芯/座，避免湍流损坏；此外，等百分比流量特性是严格的等百分比曲线，在任何口径下，不改变曲线特性，工作范围20%~90%（见图3）。
在有机化工装置中，常存在有多种有毒介质。在聚甲醛装置中典型的有毒介质有甲醛，二氧五环。从安全，环保的角度应采用低泄漏阀。调节阀的泄漏源主要为阀杆与填料间隙，为保证阀杆动作自如，必须与填料有一定间隙。对于低沸点介质很容易从此处泄漏出来。
采用波纹管密封可彻底解决这个问题。传统的波纹管受材质和加工工艺限制，使用寿命不长。SAMSON阀门具有金属波纹管专利密封技术，防止了任何有毒及易燃爆气体散逸到大气中，它的设计为2～5层结构，采用一次成型方式，非分段焊接方式，采用软密封的阀芯/座配合，可达到零内泄漏，且使用次数（阀门全开到全关）在160万次以上，同时可以加载波纹管检漏装置，更能保证阀门的安全性，保护人身及环境安全（见图4）。
作为合成聚甲醛的主要原料三聚甲醛需要逐级提浓至99.99%。在高浓度下须保持70℃左右才能维持液态。如遇冷即结晶，同时伴随有生成多聚甲醛的副反应，且为不可逆反应。工艺上此类管道设计为夹套管，伴随75℃热水。调节阀也必须为夹套阀。许多厂家为降低制造成本，采取夹套外购的方式，将夹套与阀体固定在一起，通过夹套壁传热。金属之间很难作到无间隙，造成传热死角。SAMSON将夹套焊接在阀体上，采用下进上出的方式，独立循环系统使得介质能够均匀分布到阀体的各个部分；不改变原阀门的尺寸，方便安装，拆卸简便；结构小巧独立, 不受管道干扰, 也不对其他管件产生影响。这种夹套必须经过水压试验及探伤，使成本上升，但无保温死角（见图5）。
以上从工艺角度讨论了调节阀选型的特殊要求，在满足工艺需要的前提下，阀门的使用寿命与工作状况直接相关。在计算书上除了开度、噪声等结果，还应密切注意出口流速的值，原则上液体的出口流速不应大于3m/s，而对于气体或蒸汽则不应大于3Mach，在选型的过程中，如果忽略了这个值而单纯地看开度和噪声，过高的流速会造成对阀门内件的损害，从而使阀门的使用寿命不能得到保障。
阀门的加工工艺中，阀体的制造工艺是非常重要的，SAMSON阀体制造(锻造/铸造)采用计算机应力分析、检测以保证标准的耐温、耐压规格；同时采用机器人手车削阀体内腔确保最小阻力系数；铸造阀体采用专利技术在阀体内腔流路表面形成一氧化膜层，大大提高阀门耐腐蚀性和寿命。
结束语
针对聚甲醛装置的工艺要求，经过市场调研，最终选用SAMSON调节阀。投用4年来，运行非常稳定。解体检查未发现内件磨损现象，使日常维护工作量大幅降低。
在进行增产20%改造以后，现有调节阀不需要更换仍然能够满足要求。除了阀体自身坚固耐用以外，还得益于SAMSON偏于保守的选型风格，Kv值和执行机构均留有较大余量，减少了二次投资。
摘自中国工控网
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在化工生产中，调节阀是直接接触工艺介质的控制机构，本文以工程实际为背景，讨论了调节阀选型的原则，并介绍了在聚甲醛装置中应用调节阀的情况。
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30工段甲醛提浓：分为甲醛真空浓缩，甲醇去除，甲醛加压浓缩；原料为40%甲醛，产品为60%甲醛。
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40工段三聚甲醛合成：三聚甲醛合成在液相中进行，催化剂为硫酸，原料是60%甲醛液，三聚甲醛平衡浓度为4%。以下经过42工段：去除低沸点物如甲缩醛及甲醇；43工段三聚甲醛浓缩锝 60%三聚甲醛；44工段三聚甲醛结晶分离；46工段提纯：加碱萃取；47工段：蒸馏得99.99%三聚甲醛。
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调节阀的选用
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在调节阀的选用中，必须首先考虑是否能达成工艺目的，满足控制要求以及长期稳定使用。众所周知，调节回路参数的整定耗时费力，其重要的原因便是调节阀的流量特性很难做到理想曲线。控制器采用计算机技术已能使PID算法接近数学期望值，但通过调节阀动作得到的流量特性总是偏离理想值，需要多次调整才能稳定。对于单回路而言，可以放宽控制强度得到较好的稳定性；而串级回路中，副回路需要较好的快速响应及自我稳定性才能跟随主回路的变化。
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但流量回路响应快速，易造成调节阀振荡，使整个串级回路波动。相对P形阀芯，采用V形阀芯有利于提升控制品质。它具有不对称结构，定点径向力，震动性小，有利于阀芯稳定，延长使用寿命，并且远离流体冲刷区，有利于保护阀芯/座，避免湍流损坏；此外，等百分比流量特性是严格的等百分比曲线，在任何口径下，不改变曲线特性，工作范围20%~90%（见图3）。
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采用波纹管密封可彻底解决这个问题。传统的波纹管受材质和加工工艺限制，使用寿命不长。SAMSON阀门具有金属波纹管专利密封技术，防止了任何有毒及易燃爆气体散逸到大气中，它的设计为2～5层结构，采用一次成型方式，非分段焊接方式，采用软密封的阀芯/座配合，可达到零内泄漏，且使用次数（阀门全开到全关）在160万次以上，同时可以加载波纹管检漏装置，更能保证阀门的安全性，保护人身及环境安全（见图4）。
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作为合成聚甲醛的主要原料三聚甲醛需要逐级提浓至99.99%。在高浓度下须保持70℃左右才能维持液态。如遇冷即结晶，同时伴随有生成多聚甲醛的副反应，且为不可逆反应。工艺上此类管道设计为夹套管，伴随75℃热水。调节阀也必须为夹套阀。许多厂家为降低制造成本，采取夹套外购的方式，将夹套与阀体固定在一起，通过夹套壁传热。金属之间很难作到无间隙，造成传热死角。SAMSON将夹套焊接在阀体上，采用下进上出的方式，独立循环系统使得介质能够均匀分布到阀体的各个部分；不改变原阀门的尺寸，方便安装，拆卸简便；结构小巧独立, 不受管道干扰, 也不对其他管件产生影响。这种夹套必须经过水压试验及探伤，使成本上升，但无保温死角（见图5）。
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