在化工生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)閥是直接接觸工藝介質(zhì)的控制機(jī)構(gòu)，本文以工程實(shí)際為背景，討論了調(diào)節(jié)閥選型的原則，并介紹了在聚甲醛裝置中應(yīng)用調(diào)節(jié)閥的情況。
工藝簡(jiǎn)介：
云南云天化股份有限公司的聚甲醛裝置系國(guó)內(nèi)第一套同類型裝置，工藝包從波蘭ZAT引進(jìn)，采用共聚甲醛技術(shù)。
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(chǎn)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(jìn)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(jīng)過42工段：去除低沸點(diǎn)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(jié)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(jīng)過精餾得到99.99%二氧五環(huán)。
從工藝流程可知，對(duì)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(yīng)的平衡濃度較低，需要多次分離，其中反復(fù)采用精餾塔操作，三聚甲醛和二氧五環(huán)產(chǎn)品均要求達(dá)到99.99%的濃度。
調(diào)節(jié)閥是直接接觸工藝介質(zhì)的控制機(jī)構(gòu)，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(diào)節(jié)閥卡塞，振動(dòng)，泄漏，流量特性失真甚至閥芯脫落的現(xiàn)象。在長(zhǎng)期的機(jī)械疲勞，熱沖擊和化學(xué)腐蝕作用下，調(diào)節(jié)閥的使用性能逐漸下降。實(shí)際上調(diào)節(jié)閥的使用壽命難以估計(jì)，最重要的因素是需要設(shè)計(jì)者了解工藝要求及使用工況。
調(diào)節(jié)閥的選用
在調(diào)節(jié)閥的選用中，必須首先考慮是否能達(dá)成工藝目的，滿足控制要求以及長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。眾所周知，調(diào)節(jié)回路參數(shù)的整定耗時(shí)費(fèi)力，其重要的原因便是調(diào)節(jié)閥的流量特性很難做到理想曲線。控制器采用計(jì)算機(jī)技術(shù)已能使PID算法接近數(shù)學(xué)期望值，但通過調(diào)節(jié)閥動(dòng)作得到的流量特性總是偏離理想值，需要多次調(diào)整才能穩(wěn)定。對(duì)于單回路而言，可以放寬控制強(qiáng)度得到較好的穩(wěn)定性；而串級(jí)回路中，副回路需要較好的快速響應(yīng)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(chǎn)品，需要精確、穩(wěn)定的塔板溫度控制。通常采用串級(jí)調(diào)節(jié)：主回路為溫度調(diào)節(jié)，副回路為蒸汽流量調(diào)節(jié)，如圖2所示。
但流量回路響應(yīng)快速，易造成調(diào)節(jié)閥振蕩，使整個(gè)串級(jí)回路波動(dòng)。相對(duì)P形閥芯，采用V形閥芯有利于提升控制品質(zhì)。它具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，定點(diǎn)徑向力，震動(dòng)性小，有利于閥芯穩(wěn)定，延長(zhǎng)使用壽命，并且遠(yuǎn)離流體沖刷區(qū)，有利于保護(hù)閥芯/座，避免湍流損壞；此外，等百分比流量特性是嚴(yán)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(jī)化工裝置中，常存在有多種有毒介質(zhì)。在聚甲醛裝置中典型的有毒介質(zhì)有甲醛，二氧五環(huán)。從安全，環(huán)保的角度應(yīng)采用低泄漏閥。調(diào)節(jié)閥的泄漏源主要為閥桿與填料間隙，為保證閥桿動(dòng)作自如，必須與填料有一定間隙。對(duì)于低沸點(diǎn)介質(zhì)很容易從此處泄漏出來。
采用波紋管密封可徹底解決這個(gè)問題。傳統(tǒng)的波紋管受材質(zhì)和加工工藝限制，使用壽命不長(zhǎng)。SAMSON閥門具有金屬波紋管專利密封技術(shù)，防止了任何有毒及易燃爆氣體散逸到大氣中，它的設(shè)計(jì)為2～5層結(jié)構(gòu)，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(dá)到零內(nèi)泄漏，且使用次數(shù)（閥門全開到全關(guān)）在160萬次以上，同時(shí)可以加載波紋管檢漏裝置，更能保證閥門的安全性，保護(hù)人身及環(huán)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(jí)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(jié)晶，同時(shí)伴隨有生成多聚甲醛的副反應(yīng)，且為不可逆反應(yīng)。工藝上此類管道設(shè)計(jì)為夾套管，伴隨75℃熱水。調(diào)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(gòu)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(jìn)上出的方式，獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)使得介質(zhì)能夠均勻分布到閥體的各個(gè)部分；不改變?cè)y門的尺寸，方便安裝，拆卸簡(jiǎn)便；結(jié)構(gòu)小巧獨(dú)立, 不受管道干擾, 也不對(duì)其他管件產(chǎn)生影響。這種夾套必須經(jīng)過水壓試驗(yàn)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(diào)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(guān)。在計(jì)算書上除了開度、噪聲等結(jié)果，還應(yīng)密切注意出口流速的值，原則上液體的出口流速不應(yīng)大于3m/s，而對(duì)于氣體或蒸汽則不應(yīng)大于3Mach，在選型的過程中，如果忽略了這個(gè)值而單純地看開度和噪聲，過高的流速會(huì)造成對(duì)閥門內(nèi)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(jì)算機(jī)應(yīng)力分析、檢測(cè)以保證標(biāo)準(zhǔn)的耐溫、耐壓規(guī)格；同時(shí)采用機(jī)器人手車削閥體內(nèi)腔確保最小阻力系數(shù)；鑄造閥體采用專利技術(shù)在閥體內(nèi)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(jié)束語(yǔ)
針對(duì)聚甲醛裝置的工藝要求，經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，最終選用SAMSON調(diào)節(jié)閥。投用4年來，運(yùn)行非常穩(wěn)定。解體檢查未發(fā)現(xiàn)內(nèi)件磨損現(xiàn)象，使日常維護(hù)工作量大幅降低。
在進(jìn)行增產(chǎn)20%改造以后，現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥不需要更換仍然能夠滿足要求。除了閥體自身堅(jiān)固耐用以外，還得益于SAMSON偏于保守的選型風(fēng)格，Kv值和執(zhí)行機(jī)構(gòu)均留有較大余量，減少了二次投資。
（文 / 賀德明）
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