减温减压控制阀的设计分析.pdf

2 0 1 4年 第 6 期 炼 油 与 化 工 REF I NI NG AND CHEMI C AL I NDUS T RY 2 7 减温减压控制阀的设计分析 于 浩 ’ ， 黄 影 1 ． 大庆石化公司化工三厂 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4 ； 2 ． 中石油石化院大庆化1 二 研究 中心 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4 摘要 减温减压控制阀是1 种在蒸汽系统既能减低温度、 又能降低压力且具有调节性能的自动控制 阀。文中对减温减压控制阀设计中的关键技术进行分析， 提出阀门各部分的结构的优化设计方案 和材质的选用。 关键词 控制阀； 结构设计 ； 关键技术 ； 材料选择 中图分类号 T H 1 3 7 ．5 2 1 文献标识码 B 文章编 号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 1 4 0 6 0 0 2 7 0 2 目前国内还没有针对减温减压控制 阀进行更 深入 的研制和开发 ， 而 国内炼油化工企业对减温 减压控制 阀的需求量还很 大。因减温减压控制 阀 的短缺且无替代产 品 ， 每年都需要花费大量外汇 从 国外进 口这种减温减压控制阀 ] 。该产 品的研 制成功 ， 将替代 国外进 口的产品 ， 满足炼油化工企 业的生产需要 、 节省大量投资。 1结构设计 1 ． 1执行机构 由于减 温减压 控制 阀使用 工况 条件 比较恶 劣 ， 主要用于控制温度高 、 压差较大的调节 。设计 选择 了输 出力大 的Z MS Z 一 4型多弹簧气动薄膜执 行机构 。即采用 8 组组合弹簧均匀地分布于膜头 之 内 ， 这样采用较小 的弹簧组替代较大 的独立弹 簧的方式 ， 降低了加工成本 ， 缩小了整体尺寸， 使 轴 向长度缩短为原来普通结构 的 1 ／ 3 左右 ， 特别是 减温 减压控制阀采 用这种结构后 体积大大缩小 ， 降低 了安装难 度 ， 方便 了工艺配管 的设计 。同时 节 约了材料 ， 降低 了制造难度 ， 控制 了制造成本 ， 提高 了产品零配件的通用程度 ] 。 1 ． 2 阀内件 阀 内件是减温减压控制 阀的关键部件 ， 它直 接影 响减温减压控制阀的流量特性。过去通常采 用普通单座阀芯 、 阀座 ， 但这种型式阀内件 的可调 比较小 ， 使用压差较低。由于现场工作条件苛刻， 经过几年冲刷 ， 阀芯的流量特性发生 了较大变化 ， 控制阀 的减温减压的工作特性逐渐变坏 ， 就经 常 出现因汽、 水分配不匀而产生打水锤现象， 伴随着 阀芯震动又 出现 了阀芯转动 、 卡滞 的现象对生产 造成较大影响 。因此 ， 对减温减压 控制阀阀内件 型式进行 了研究和设计 ； 针对阀芯所受的不平衡 力 ， 阀门可调比较小的具体情况 ， 将阀内件设计成 为笼式双座结构。提高减温减压控制阀工作稳定 性 ， 增大可调 比， 消除了噪音 。 1 ． 3分流配水器的结构 分流器配水不均一直是困扰减温减压控制 阀 应用 的难题 。目前减温减压控制 阀分流配水方式 主要有 2 种顶 部配水 阀芯 中间 和底 部配 水结 构 。采用底部配水结构 ， 在阀的底部配水 ， 不将水 直接 注入在 阀芯上使水不在阀芯上汽化 ， 从而避 免 了阀芯震动的可能。为 了提高注入与过热蒸汽 的换热面积 ， 将分流配水器设计成导流罩的形状 ， 同时在上 面开 出导流槽 ， 水从导 流槽里 的孔 中喷 出与被导向的过热蒸汽充分换热汽化。采用分流 配水器的结构和阀内件笼式双座结构具有较为先 进水平 。 2材料的性能分析 2 ． 1机械性能 对 于阀门的密封面 的硬度指标 ， 最重要 的是 在高温下材料硬度 的变化 ， 高温下控制 阀材质 的 硬度变化见图 1 。 器 4o 3 0 。 卜铬化硼合金； 2 - 司太立合金； 3 - 9 C r l 8 Mo ； 4 - C r l 4 图 1 高温下材质 的硬度变化 当减温减压控制阀的工况温度超过4 0 0 时 ， 在实际使用过程 中阀门材质会 出现蠕变和断裂的 情况 。减温减压控制 阀部件在高温条件下长时间 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 炼 油 与 化I 2 8 R E F I N I N G AN D C HE MI C AI I N D US T R Y 第 2 5 卷 受载时 ， 所受力超 出其蠕变极限值 ， 此情况下材质 除产生弹性变形外 ， 还会产生材质 的蠕变 。实 际 使用中还发现应力小于对应温度下材料 的屈服极 限 ， 但仍产生变形的情况 ， 在设计过程中需要对这 些情况进行考虑 。 在 同一温度下 ， 应力 与蠕变速度成正比关系 ； 在 同一应力下 ， 温度与蠕变速度 成正 比关 系。所 以材质所受的应力和材质 的温度决定了其蠕变速 度 。在化．- I 装置 的减温减压控制 阀设计 中， T艺 管道 系统 的条件决定 了阀体 的工作温度 ， 而T 艺 介质 的腐蚀性 、 粘度等条件又决定了阀门的材质 ， 所以在减温减压控制阀设计 中关键的是许用应力 的计算确认 。如果 为 了使 控制 阀材 质不产生 蠕 变 ， 一味的提高材质物理蠕变极 限来设计 ， 那么结 果 一是造成控制 阀体积和质量过大 ， 给现场安装 带来 问题 ， 二是将造成控制 阀制造成本上升 ， 浪费 人力物力。所 以首先要充分熟悉控制 阀材质 的蠕 变速度规律 ， 确定一个合适的应力 ， 在保证控制阀 能达到正常使用年限的基础上 ， 减少总 的蠕变发 生 ， 简化控制阀结构 ， 降低成本 。 在实际使用过程 中， 减温减压控制 阀出现过 由于长时间处于高温载荷的T况下而 出现控制阀 部件断裂现象 ， 造成控 制阀故 障。金属材质在高 温短 时荷载作用下 ， 金属材料的塑性增加 ， 但在高 温长 时间荷载作用下 ， 塑性却显著降低 ， 缺 口敏感 性增加 ， 往往出现脆 性断裂的现象 。实 际使用 中 控制 阀部件常常 出现这样的现象 工作应 力未达 到蠕变极限值 ， 但 由于部件 长时间在 高温载荷下 使用 ， 最终出现了断裂的情况 。所 以在设计 中应 仔细对 比控制 阀材质 的蠕变性能和断裂性 能 ， 选 取适 当的许用应力 5 。 2 ． 2热胀量的差别 决 定热 胀量差 别的原 因主要 有材料 热胀 系 数 、 材料承受热载的差别和材料所 处约束条件 的 差别 ， 这些差别作为减温减压控 制阀设计 中慎重 确定的内容 。当高温工艺介质进入温度较低的控 制 阀时 ， 阀芯迅速浸没在高温工艺介质 中， 由于阀 芯所处 的结构位置不利于温度 的迅速传导 ， 仅 能 通过 阀杆 向外散热 ， 所 以阀芯迅速达到管线工艺 介 质 的温 度 。阀座 与 阀芯 同时接触 高温工艺介 质 ， 由于 阀座 的具有较大 的散热面积 以及阀体的 线胀量常常小于阀座的径 向膨胀。而底部配水结 构 ， 使水从导流槽里的孑 乙 中喷 出与被导 向的过热 蒸汽充分换热汽化又降低 阀芯 、 阀座的温度 。所 以确定减 温减压控制 阀部件 间的工作 问隙量 时 ， 应 充分考虑 述情况产生 的热胀量 的差别 ， 预防 控制阀部件 出现擦伤 、 卡死的情况。 2 ． 3热交变的影响 流经减温减压控制阀工艺介质 的热交变会 导 致阀 门部件 的过盈 配合或连接部位松动 ， 从而造 成泄漏 。所 以应考虑使用封焊或点焊 的方式来代 替原有 的螺纹连接。对于较大 口径控制 阀可以使 用本体堆焊阀座的方式来进行处理 。 减温 减压控 制 阀高温热 交变会 产生交 变应 力 ， 阀 门部 件长期 受交 变应力影 响会降低 阀门部 件的使用寿命。热交变 T 况下使用弹性 阀座的密 封结构会达到较好的应用效果 。 2 ． 4擦伤问题 在化工装置实 际生产应用 中 ， 常见 的造成控 制 阀内件擦伤的原 因多是 由 r 艺介质中夹杂了大 的硬杂质 ， 在其通过控制阀时对 阀座 和阀芯表 面 造成擦伤 ， 偶尔也会 现 由机械 振动冲击造成 的 擦伤。 为了防止 出现擦伤 ， 设计 中需要重点关 注控 制 阀的实际 __ r 作温度 、 载荷 ， 选择适当的阀门部件 材质 、 密封面光洁度 、 硬度 ， 防擦伤性能的配对材 料选择见表 1 。 表 1 防擦伤性能 的配对材料 2 ． 5材质的确定 减温减压控制阀在苛刻工况环境下 ， 除 了要考 虑材质的耐高温性 能 ， 气蚀对调节 阀节流件的破 坏是十分严重 的。在结构设计上采用笼式双座结 构 、 多级降压等措施 以避免气蚀 ， 减少冲刷 ， 也要 在材质上选用耐磨耐冲刷的高硬度材料 。常用 的 是 经过 热处 理 的马 氏体沉 淀硬 化型不 锈 钢 1 7 7 P H， 经同溶处理 、 时效处理 ， 析出硬化型超高强度 不 锈 钢 N A S MA一1 6 4和 马 氏 体 不 锈 钢 9 C r l 8 。 C 。 4 3 C r N i WN b 合金尤其用于高 压T况下 的阀芯 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 第 6 期 炼 油 与 化 工 REFI NI NG AND CHEM I CAL I NDUS TRY 2 9 旋风分离器更换的施工方法及措施 张学峰， 谭 国明 大庆石化公司建设 公司 ， 黑龙 江 大庆 1 6 3 7 1 4 摘要 炼油装置中A R G G 装置占有重要地位， 其反应／ 再生系统中旋风分离器的分离效果直接影响 到反应， 再生系统的正常运转， 对于性能不满足要求的旋风分离器要及时进行更换。文中以大庆炼 化公司A R G G装置为例， 阐述了再生器内旋风分离器更换的施工难点及施工工艺， 为再生器内旋风 分离器的更换方法开辟了新路。 关键词 旋风分离器； 更换； 开孔； 施工方法 中图分类号T Q 0 5 1 ． 8 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 O l 4 0 6 一 O 0 2 9 0 2 大庆炼化公 司炼油二厂二套 A R G G装置的再 生器内部有 1 2 组旋风分离器需要更换。由于旋风 分离器的规格尺寸超大 、 重量大 ， 且容器 内操作空 间狭窄。重新安装的旋风分离器不能分段进行安 装 ， 改造工期短 ， 交叉作业频繁 ， 给施工作业带来 很大困难 ， 因此采取合理有效的施工方法是关键 。 1施工难点 旋风分离器是 A R G G装置再生器的重要组件 ， 位 于再 生器 的内部 ， 每隔一定的周期 就要进行更 换 。由于再次更换 时不允许将再生器的顶封头重 新切 割 ， 重新安装 的旋风分离器不能分段进行安 装作业 ， 且旋风分离器共有 1 2 组 ， 数量多 、 重量 大。因此 ， 必须在顶封头进行开孑 L ， 将 1 2 组分离器 移至开孔处并 吊出n ] 。拆 除和 回装的工序在施工 作业中尤为重要。 2施工方案 2 ． 1封头开孔 采取在再生器封头顶部位置开孔 ， 见图 1 。 阀 座 选 用 。 常 采用 的材 料 和工 艺 方 法 也 有 以 1 C r l 8 N i 9为基的阀芯阀座密封面堆焊司太莱合金 或超音速火焰喷涂 HV O F WC C o 喷涂 。 3结论 在减温减压控制 阀设计 中， 控制 阀所处位置 的工况温度是决定 阀门材质和结构 的关键 问题 。 为 了保障控制 阀的使用寿命和功能 ， 在不 同使用 温度下 ， 控制 阀应选择不 同的结构形式 以适应相 应 的工 况 。 1 根据在实际生产经验得知 ， 在不同温度时 设计中应注意 5 项 内容 。 大 于 2 5 0 o C增长 阀盖颈和 阀杆 ， 增大散热 面 积保证填料工作温度不至于过高。 大 于 3 0 0 需使 用强度较高 的阀座 、 阀芯密 封面 ， 并适 当增大阀内件 的间隙。 大于4 0 0℃ 使用封焊的方式对密封环进行处 理 ， 防止连接部件出现松动导致泄漏。 大于 5 0 0℃ 应采用高强度材质制造控制 阀的 导 向套和导 向段 ， 并采用点焊方式进行 导向套与 其支承件的连接。 大于6 0 0℃ 应该选用本体堆焊密封面。 2 选择适当的许用应力值 ， 并合理的选择能 够相匹配的材质 。 3 在高温热交变工况下 的阀座 、 阀芯应采用 弹性结构。 参考 文献 [ 1 ]王森主．仪表常用数据手册[ M] |] E 京 化学工业出版社， 2 0 0 2 4 - 9 ． [ 2 ]莱昂斯． 阀门技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 1 2 6 1 2 7 3． [ 3 ]哈奇森． 控制阀手册 [ M] ．北京 化学工业 出版社 ， 1 9 8 4 3 - 7 ． [ 4 ]艾默生控制设备国际有限公 司． 控制阀手册[ M] ． 北京 科学技术 出版社 ， 2 0 0 6 3 - 1 0 ． [ 5 ]上海自 动化仪表股份有限公司． 产品选型手册E M] ． 上海， [ 出版者 不详] ， 1 9 9 7 2 3 2 6 ． 收稿 E t 期 2 0 1 4 0 6 0 4 作者简介 于浩， 男 ， 工程师 ， 2 0 0 4 年毕业于大庆石油学院计算机科学 与技术专业， 现从事 电气仪表技术管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m