旋轉(zhuǎn)閥在煉油化工裝置中的應(yīng)用 |資料

旋轉(zhuǎn)閥在煉油化工裝置中的應(yīng)用

趙全慶

( 中國(guó)石油天然氣股分有限公司 錦西石化分公司機(jī)動(dòng)處 , 遼寧 錦西 125001)
摘要 : 分析了旋轉(zhuǎn)閥在可調(diào)范圍、嚴(yán)密切斷、流通能力、 抗氣蝕 、無(wú)外泄漏等方面的特點(diǎn)，指出了旋轉(zhuǎn)閥在煉油化工裝置中草藥的應(yīng)用趨勢(shì)。旋轉(zhuǎn)閥的使用有助于提高大型煉油化工裝置長(zhǎng)周期生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)閥；可調(diào)范圍；嚴(yán)密切斷；流通能力； 抗氣蝕
中圖分類號(hào)： TH862.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B 文章編號(hào)： 1007-7324 （ 2001 ） 02-0049-03
控制閥作為執(zhí)行元件在流程工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中始終扮演著非常重要的角色，控制閥的性能直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量及合格率，甚至正常生產(chǎn)。隨著工藝技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展，煉油化工裝置的規(guī)模日益大型化，處理量日益增大，從而使得即使閥門(mén)性能提高的百分比很小，也能獲得很大的收益。基于這種情況，大型煉油化工裝置對(duì)控制閥的要求愈來(lái)愈高，加上旋轉(zhuǎn)閥自身的優(yōu)點(diǎn)，使得旋轉(zhuǎn)閥比傳統(tǒng)的閥門(mén)獲得了越來(lái)越 的應(yīng)用。
1 旋轉(zhuǎn)閥的特點(diǎn)
閥通常分為直行程式和旋轉(zhuǎn)式兩大類。直行程閥通過(guò)一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的部件如閘板來(lái)允許或切斷物流。直行程 式閥有截止閥 、閘閥、隔膜閥等。旋轉(zhuǎn)式 閥通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的部件允許或切斷物流。旋轉(zhuǎn)部件能轉(zhuǎn)動(dòng) 90 º 的旋轉(zhuǎn)閥叫1/4旋轉(zhuǎn)閥。有時(shí)候1/4旋轉(zhuǎn)閥的分類可以擴(kuò)大到轉(zhuǎn)角小于270º的旋轉(zhuǎn)閥。旋轉(zhuǎn)閥一般具有如下的特點(diǎn)。
1.1 可調(diào)范圍寬
在流程工業(yè)中可調(diào)范圍是最關(guān)鍵的，旋轉(zhuǎn)閥的可調(diào)范圍大給為150:1（VALTEK球閥的可調(diào)范圍可達(dá)到300:1，蝶閥和凸輪撓曲閥的可調(diào)范圍為400:1）。對(duì)應(yīng)的截止閥的可調(diào)范圍為30:1，也就是說(shuō)旋轉(zhuǎn) 閥可以 提供截止閥5倍寬的可調(diào)范圍。例如最大流量是1000L/min，截止型閥能夠有效地將流量減少到30 L/min，而旋轉(zhuǎn)閥可以將流量調(diào)整到低于10 L/min，對(duì)關(guān)鍵的閥控制流量越精確，在流程中重復(fù)性越好，這直接地降低了流程工業(yè)中產(chǎn)品的不合格率。
偏心旋轉(zhuǎn)閥的兩個(gè)特點(diǎn)提高了它的可調(diào)范圍，第一是其孔板式的設(shè)計(jì)，偏心是一個(gè)有效的1/4的圓，偏心閥芯的V形的，而傳統(tǒng)的閥芯的圓形的，當(dāng)偏心旋轉(zhuǎn)閥關(guān)的時(shí)候，小的V形使得在低流量時(shí)形成非常精確的控制，對(duì)大流量，它將閥門(mén)打開(kāi)到幾乎與管道直徑相同。第二是執(zhí)行機(jī)器的行程旋轉(zhuǎn)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有帶一定行程的膜法和氣缸兩種，1"（1"=25.4）截止閥的行程大約是3/4"-7/8"，而旋轉(zhuǎn)閥的行程超過(guò)2"。對(duì)任何其他尺寸的閥門(mén)，輸入端的行程越大，則在工作端的控制越好。
高可調(diào)比控制閥提供按配方要求的精確配比，而不論各流路流量的大小，傳統(tǒng)美德的線性或調(diào)節(jié)閥不再適應(yīng)這樣的任務(wù)，旋轉(zhuǎn)閥在提高裝置性能的同時(shí)降低控制閥在工廠生命運(yùn)行周期中的成本。
可調(diào)范圍寬的旋轉(zhuǎn)閥允許用戶提高嚴(yán)密切斷的標(biāo)準(zhǔn)，從而提高成本/效益指標(biāo)。金屬閥座加上用特殊材料制成的襯里能夠延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命，提高閥門(mén)的性能。簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以使維護(hù)工作量減到最少，降低生產(chǎn)成本。
1 .2嚴(yán)密切斷
直行程閥 的軸是閥桿 進(jìn)出閥體，每個(gè)周期都帶出產(chǎn)品，對(duì)于直行程設(shè)計(jì)避免泄漏是困難的，它能將不希望的產(chǎn)品帶入到生產(chǎn)系統(tǒng)中，并能產(chǎn)生較大的工廠揮發(fā)性的外泄漏。旋轉(zhuǎn)含辛茹苦的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)本質(zhì)上不存在這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@種閥采用了低滯后，高推力的氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可提供比其他形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)更精確更高的穩(wěn)定性，有能夠提供長(zhǎng)期嚴(yán)密切斷的金屬閥座。
1 .3 流通能力大尺寸小
直行程的流通能力是管道流通能力的分?jǐn)?shù)，提高流通能力的方法是提高直行程閥的尺寸，通常可能比管道還大。旋轉(zhuǎn)閥的容量大約是相同尺寸直行程閥的2~3倍，旋轉(zhuǎn)閥能夠 用于提高摻合量而不改變進(jìn)料管線的大小，可以極大地降低成本，基于這個(gè)原因，部分旋轉(zhuǎn)閥已經(jīng)設(shè)計(jì)成可代替截止閥的法蘭連接形式，并配有連接螺栓，這類閥甚至比它們所替代的截止閥還便宜。
1 .4 抗氣蝕
流程工業(yè)中節(jié)流可引起大量的氣蝕，氣蝕可能損壞管道，產(chǎn)生不可接受的噪音等級(jí)，同時(shí)還可對(duì)計(jì)量系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)而引起不清楚或不可*的讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)閥具有堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，大大減少了由于水錘現(xiàn)象造成閥門(mén)動(dòng)作失敗，同時(shí)其閥芯可以吸收部分多余的能量，明顯地降低氣蝕及相關(guān)的問(wèn)題。
1 .5 無(wú)外泄漏
標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)閥所設(shè)計(jì)的外泄漏比標(biāo)準(zhǔn)的截止閥高出100倍，截止閥的閥桿的運(yùn)動(dòng)將灰塵拉出、將沙子帶入閥從而損壞了石墨填料。在旋轉(zhuǎn)閥中閥桿只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而不傷害填料，避免了外泄漏。
1 .6 維護(hù)費(fèi)用與備品備件
金屬座旋轉(zhuǎn)閥比截止閥的備品備件要少得多，維護(hù)通常也比較容易。
2 旋轉(zhuǎn)閥的種類
2 .1 按照型式分類
旋轉(zhuǎn)閥按照型式分類有3種類型；蝶閥、球閥和柱塞閥。
蝶閥是通過(guò)擋板或葉片以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)一定角度來(lái)控制流動(dòng)的方向。擋板或葉片看起來(lái)有點(diǎn)象一只蝴蝶。蝶閥可以起切斷或調(diào)節(jié)作用，適用于漿狀或帶有固體懸浮物的流體。
球閥的閥芯是帶圓孔的球形體，當(dāng)閥處于開(kāi)位時(shí)能允許流體流過(guò)，將球形體轉(zhuǎn)動(dòng)90º切斷物流。球閥可以起切斷的調(diào)節(jié)作用，它的壓降小，適用于粘稠和有腐蝕性的流體、漿體低溫流體。球閥還可以用于高溫、高壓流體。
柱塞閥的閥芯是中間帶圓孔的錐形或圓柱形柱塞，當(dāng)柱塞孔和流動(dòng)調(diào)和一致時(shí)流體可以通過(guò)，當(dāng)柱塞向任何方向旋轉(zhuǎn)90º 時(shí)流路被切斷。柱塞閥通常用于開(kāi)/ 關(guān)控制 。
2 .2 按照操作方式分類
旋轉(zhuǎn)閥按照操作方式分類有如下類型：手動(dòng)閥、自動(dòng)閥和調(diào)節(jié)閥。
手動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥用手操作，通過(guò)手動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如后桿 、齒輪、后輪等來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，包括一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)90º的部件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)操作閥桿和流量控制元件來(lái)開(kāi)閥和關(guān)閥。
自動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥包括一個(gè)自動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用外部的能量來(lái)自動(dòng)控制或遙控閥的開(kāi)關(guān)。下列情況一般應(yīng)選用自動(dòng)閥：大閥（ 如大于8" （ 1"=25 .4mm ）的閥門(mén) ） 、手動(dòng)操作很困難的閥門(mén)，處于有毒或其他惡劣環(huán)境中不可能采用手動(dòng)操作的閥門(mén)，為處理緊急情況要求閥必須迅速關(guān)閉的閥門(mén)；配合批量配方所有流路的閥門(mén)等，大部分自旋轉(zhuǎn)閥可以 通過(guò)電動(dòng)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)操作。
旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥能夠在特定的開(kāi)度下操作，這類閥包括一個(gè)可以根據(jù)電信號(hào)大小產(chǎn)生相應(yīng)轉(zhuǎn)角的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。蝶閥常用于低壓大口徑、對(duì)泄漏量要求不太嚴(yán)格的控制中。
旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥是一種控制閥，控制閥還包括一些直行程閥如截止閥、閘閥、隔膜閥。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)切斷閥不是控制閥，因?yàn)樗荒芟薅ㄔ陂_(kāi)和關(guān)。
3 旋轉(zhuǎn)閥的應(yīng)用趨勢(shì)
3 .1自動(dòng)閥代替 手動(dòng)閥已成為 工業(yè)應(yīng)用的趨勢(shì)
隨著世界范圍內(nèi)煉油化工裝置自動(dòng)化程度的提高，對(duì)自動(dòng)和調(diào)節(jié)型旋轉(zhuǎn)閥的需求不斷增加，同時(shí)手動(dòng)閥需求減少。今后閥門(mén)應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)應(yīng)在閥的執(zhí)行器和定位器上，以便于工作閥門(mén)能夠連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)、PLC，DCS。如采用數(shù)字定位器通過(guò)提高控制閥的精度來(lái)提高閥門(mén)的控制性能，成功的應(yīng)用 有如果 將ND800數(shù)字定位器用于旋轉(zhuǎn)控制閥，就能夠使工藝參數(shù)的可變范圍提高50%，再通過(guò)與控制閥的特性閥門(mén)定位器的電子特征的匹配來(lái)進(jìn)一步提高控制的性能。典型應(yīng)用如采用HART網(wǎng)的Field Browser軟件。
與切斷閥相比，控制閥更適用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。通過(guò)調(diào)節(jié)功能，控制閥能夠根據(jù)輸入?yún)?shù)來(lái)改變流量的大小以保持設(shè)定值不變。在許多情況下，切斷閥和控制閥二者均需要，如在煉油廠中，1/4旋轉(zhuǎn) 切斷閥被用作 安全切斷閥。一個(gè)控制閥通常與兩個(gè)切斷閥一起 使用，當(dāng)拆卸控制含辛茹苦時(shí)起到隔離和切斷物流的作用。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將會(huì)逐步取代氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因?yàn)殡妱?dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不需要安裝和維護(hù)供氣管線和壓縮機(jī)，可以和定位器聯(lián)系更緊密，而且可以避免獎(jiǎng)品電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)。
旋轉(zhuǎn)閥的其他發(fā)展方向是通過(guò)改進(jìn)閥座的設(shè)計(jì)及閥座的材質(zhì)來(lái)提高閥的性能，減少閥的外泄漏等。具有控制和定位作用的智能閥門(mén)，會(huì)隨著制造商降低成本和生產(chǎn)企業(yè) 提高行產(chǎn)效率 需求使得市場(chǎng)變得越來(lái)越 。
3 .2代替直行程閥門(mén)的趨勢(shì)
因?yàn)樾D(zhuǎn)閥在許多情況下可以替代直行程閥門(mén)（如閘閥），與直行程閥門(mén)相比，旋轉(zhuǎn) 閥具有許多優(yōu)越性（見(jiàn)本文第1部分）。特別是隨著凈化空氣行動(dòng)（CAA）修正案的實(shí)施，防止閥門(mén)外泄漏變得越來(lái)越很需要。1990年提出的CAA修正案包括了189種揮發(fā)性有毒空氣污染源（VHAPS ），其中有150種是揮發(fā)性的有機(jī)化合物（VOCS ）。1997年4月通過(guò)的最新的CAA修正案，除了包括前版修正案中的泄露檢測(cè)及修復(fù)（LDAR）方案外，還包括質(zhì)量改進(jìn)方案。CAA修正案增加了使用直行程閥門(mén)的化工公司、煉油廠及其他使用閥的生產(chǎn)企業(yè)在防止閥門(mén)外泄漏上的投入。CAA修正案及其引起的控制外泄漏的結(jié)果，促使手動(dòng)閥、自動(dòng)閥、控制閥的供應(yīng)商采用新的技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)閥門(mén)，以減少閥門(mén)的外泄漏。總的來(lái)講，采用旋轉(zhuǎn)閥是減少外泄漏的有效措施，也就是說(shuō)旋轉(zhuǎn)閥有代替執(zhí)行程式閥的趨勢(shì)。
根據(jù)美國(guó)閥門(mén)制造商協(xié)會(huì)WMA（Valve Manufacturer Association）市場(chǎng)份額排列也可以說(shuō)明了這一趨勢(shì)：根據(jù)VMA提供的數(shù)據(jù)，美國(guó)1996年球閥、工業(yè)蝶閥和柱塞閥的裝船量（VMA特別記錄了球閥、工業(yè)用蝶閥和柱塞閥的裝船量，除此之外，VMA將自動(dòng)閥作為另一類別進(jìn)行追蹤，沒(méi)有單獨(dú)記錄1/4旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)含辛茹苦的銷(xiāo)售量，而是將其歸入自動(dòng)閥這一類。VMA提供的是美國(guó)供貨商裝船量的數(shù)據(jù)，包括出口但汪包括進(jìn)口）代10 .4億美元，這個(gè)數(shù)量包括手動(dòng)閥和自動(dòng)閥，但不包括調(diào)節(jié)閥。球閥所占百分比最大，占總量的54 .2%，工業(yè)蝶閥占 26 .2%，其余19 .6%的份額為柱塞閥（參見(jiàn)表1）。
表1 美國(guó)1996年手動(dòng)和自動(dòng)球閥、工業(yè)蝶閥和柱塞閥的裝船量

4旋轉(zhuǎn)閥的應(yīng)用
4 .1 在煉油廠調(diào)和系統(tǒng)中的應(yīng)用
對(duì)于煉油廠中的調(diào)和系統(tǒng)，為了提高調(diào)和質(zhì)量，往往要求各種參與調(diào)和的油品必須精確高速地被注入與切斷，這往往要求采用有較高切斷率的控制閥，以便不論 各流路 的流量是多少都能夠提供精確的液體摻混。傳統(tǒng)的直行程閥或截止閥不再適應(yīng)這種應(yīng)用情況，旋轉(zhuǎn)閥由于其本身具有上文描述的優(yōu)勢(shì)，從而可以在這種應(yīng)用場(chǎng)合下提供更高的性能價(jià)格比。給用戶的長(zhǎng)期運(yùn)行帶來(lái)較大的收益。
4.2 在間歇操作流程中的應(yīng)用
旋轉(zhuǎn)切斷閥在間歇過(guò)程工業(yè)中得到了 應(yīng)用，尤其是在化工（如合成橡膠，合成塑料等裝置中）、精細(xì)化工、食品、飲料、紙漿造紙、制藥中得到了 應(yīng)用。
在間歇過(guò)程中，經(jīng)常需向容器或反應(yīng)器加入一定量的物料。這是典型的使用旋轉(zhuǎn)切斷閥的場(chǎng)合，它可以打開(kāi)并一直保持到需要的流量然后關(guān)閉。1/4（0~90º行程）旋轉(zhuǎn)切斷閥還具有比直行程閥如閘閥及大轉(zhuǎn)角閥開(kāi)關(guān)迅速的優(yōu)點(diǎn)。
5 結(jié)論
隨著煉油化工裝置一體化和大型化，煉油化工裝置生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于儀表及控制系統(tǒng)的精度和適應(yīng)性要求越來(lái)越嚴(yán)格，作為控制系統(tǒng)核心部件執(zhí)行的元件——控制閥，其性能與質(zhì)量對(duì)于石油化工廠經(jīng)濟(jì)效益的影響越來(lái)越大。無(wú)論是為了將來(lái)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模還是提高控制質(zhì)量，都要求我們?cè)谶x用控制閥時(shí)不僅要考慮建設(shè)期的一次性投資，而且更要注重生產(chǎn)期的運(yùn)行成本。隨著旋轉(zhuǎn)閥的特點(diǎn)日益為人們認(rèn)識(shí)與接受，其必將會(huì)在大型化的煉油化工裝置中獲得越來(lái)越 的應(yīng)用。
大型煉油化工裝置長(zhǎng)周期生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。