作 者： 宋俊紅
摘 要： 廣州市石油化工設(shè)備總公司乙烯廠苯乙烯裝置流量控制閥FV-1121在短期內(nèi)的運(yùn)作過程中，不斷發(fā)生閥心、高壓閘閥、閥座毀壞狀況。根據(jù)對(duì)調(diào)節(jié)閥門毀壞狀況、工藝條件進(jìn)行分析，并計(jì)算調(diào)節(jié)閥選型測(cè)算材料，確定是氣蝕而致。根據(jù)實(shí)際情況，提出了用加限流孔板的辦法來處理此情況。

廣州市石油化工設(shè)備總公司乙烯廠（原廣州市丁二烯股份有限公司）苯乙烯裝置是引入國外BAGER企業(yè)技術(shù)水平的智能化苯乙烯裝置。1997年8月加料試運(yùn)行期內(nèi)，加工工藝體現(xiàn) FV-1121量提不上去。運(yùn)作約170h，因?yàn)殚y心掉下來，開展瓦解，查驗(yàn)發(fā)覺閥心、高壓閘閥、閥稈均毀壞十分比較嚴(yán)重，拆換配件后，運(yùn)作不上100h，發(fā)覺一樣毀壞狀況，以致系統(tǒng)軟件沒法投入使用，設(shè)備生產(chǎn)制造沒法平穩(wěn)。為了能擺脫困境，對(duì)調(diào)節(jié)閥門毀壞狀況、工藝條件進(jìn)行分析，并計(jì)算調(diào)節(jié)閥選型測(cè)算材料，確定是氣蝕而致。大家根據(jù)實(shí)際情況，選用加限流孔板減少閥前后左右氣體壓力，上升閥后工作壓力的計(jì)劃方案開展系統(tǒng)改造。更新改造后，功效十分突出，復(fù)工加料大半年多，未發(fā)現(xiàn)任何問題。文中就FV-1121調(diào)節(jié)閥門的氣蝕與解決分析總結(jié)，毛遂自薦，供設(shè)計(jì)方案運(yùn)作參考。

1 FV-1121調(diào)節(jié)閥門工藝條件及選擇設(shè)計(jì)方案

1.1 步驟介紹

生產(chǎn)流程如下圖1所顯示。FV-1121是鄰二甲苯流量控制閥，MS-201是鄰二甲苯回收塔頂罐，罐里分為汽相和高效液相，目的是為了鄰二甲苯的蒸氣。提取的溶液從出入口管道接去PP<?xml:namespace prefix = st1 />-103A/S反映進(jìn)料泵，流回由流量監(jiān)控，反映進(jìn)料泵的流量監(jiān)控由TT-102的水位控制器設(shè)置。

1.2 加工工藝（設(shè)計(jì)方案）標(biāo)準(zhǔn)

物質(zhì)：鄰二甲苯液，相對(duì)密度：879kg/m³；
總流量：較大27.1m³/h，正常的24.6m³/h，最少12.3m³/h；
上下游壓力：2323kPa；
中下游壓力：較大1243kPa，正常的1230kPa，最少1167kPa；
工作溫度：185℃；
腐蝕：無；
黏度：9×10^-4Pa·s；
設(shè)計(jì)方案測(cè)算：C_V=7.869。

BAGER企業(yè)采用的NELES 企業(yè)的G130JHC32EBQBJ型2寸柱塞泵單座閥。具體C_V=31。油路板材料為WCB（碳素鋼），閥內(nèi)件構(gòu)質(zhì)均為17-4PH（高韌性碳素鋼）。從調(diào)節(jié)閥門的CV挑選，材料看來，是無可置疑的。

2 毀壞根本原因

2.1 毀壞狀況

FV-1121調(diào)節(jié)閥門二次毀壞狀況如下圖2所顯示，毀壞一部分包含閥心、高壓閘閥、閥座。從圖上可以看出，閥心靠會(huì)就毀壞十分比較嚴(yán)重，使閥心成“蘑菇狀”，毀壞表面光潔、勻稱，好像在數(shù)控車床高速切削成的。高壓閘閥毀壞也十分比較嚴(yán)重，高壓閘閥上方，毀壞成120度，毀壞表層十分粗糟。調(diào)節(jié)閥門主件原材料為17-4PH高韌性碳素鋼，抗壓強(qiáng)度是比較好的，鄰二甲苯液無腐蝕，從調(diào)節(jié)閥門的破壞速率、構(gòu)件及水平看來，只有用氣蝕表述。

2.2 “氣蝕”產(chǎn)生的原因

大家都知道，當(dāng)液體穿過節(jié)流閥的斷面時(shí)，液體為了能維持相對(duì)性的平穩(wěn)，依據(jù)怕勤奮方程式，在節(jié)流閥橫截面的上下游側(cè)，工作壓力縮小，流動(dòng)速度擴(kuò)大，到靜縮小口點(diǎn)，流動(dòng)速度較大，工作壓力最少，在中下游側(cè)，液態(tài)越避開此橫截面，則流動(dòng)速度相對(duì)性降低，工作壓力相對(duì)應(yīng)提升，但中下游工作壓力不容易相當(dāng)于上下游工作壓力。這一壓力差是液體穿過節(jié)流閥橫截面時(shí)損害的動(dòng)能。在靜縮小口點(diǎn)，假如液體負(fù)壓低于液體蒸汽壓力（p₁<p_v）時(shí)，液體造成氣化。當(dāng)中下游工作壓力又超過蒸汽壓力（p₂>p_v）時(shí)，往往會(huì)造成“氣蝕”狀況。由于當(dāng)壓力等于蒸汽壓力時(shí)，液體逐漸造成氣泡，伴隨著工作壓力降低，氣泡愈來愈多，而當(dāng)工作壓力升高，高于或等于蒸汽壓力時(shí)，氣泡裂開，釋放出來很多動(dòng)能，出現(xiàn)巨大的震撼力，此撞擊力達(dá)到百余Mpa，進(jìn)而對(duì)表面造成很大的震撼力。如果這個(gè)節(jié)流閥橫截面是調(diào)節(jié)閥門，則在液體出入口側(cè)閥心、高壓閘閥受到損傷、損壞，此撞擊力根據(jù)閥心傳入閥稈，導(dǎo)致絲口毀壞、拋光。因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)閥門內(nèi)產(chǎn)生了很多氣泡，因此原設(shè)計(jì)方案測(cè)算的C_V值無法滿足加工工藝需要的商品流通工作能力。怪不得乎加工工藝覺得該調(diào)節(jié)閥選型過小，導(dǎo)致之后在全開落也滿足不了總流量的必須。

2.3 調(diào)節(jié)閥門“氣蝕”的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算

因?yàn)檫M(jìn)一步明確“氣蝕”，大家對(duì)調(diào)節(jié)閥門“氣蝕”標(biāo)準(zhǔn)開展計(jì)算。造成“氣蝕”的前提是：Δp>Δp_T，且p₂>p_v。

（1）

式中 Δp--調(diào)節(jié)閥門通道與出入口氣體壓力；
Δp_T--調(diào)節(jié)閥門（考慮到氣蝕）容許較大的氣體壓力；
p_c--臨界壓力；
p_v--蒸汽壓力。

常量F_L在于調(diào)節(jié)閥門型號(hào)規(guī)格，因?yàn)?SPAN lang=EN-US>FV-1121是采用氣開、柱塞泵式調(diào)節(jié)閥門，查詢表得知F_L=0.9，根據(jù)制定標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)算，在多種工作狀況標(biāo)準(zhǔn)下調(diào)節(jié)閥門開啟度，閥前后左右工作壓力如表1列出。

表1 調(diào)節(jié)閥門技術(shù)數(shù)據(jù)

注：臨界壓力p_c=4895kPa

從表1中由此可見，Δp≈Δp_T，p₂≈p_v閥處在產(chǎn)生氣蝕的臨界阻尼，表明工藝條件穩(wěn)定時(shí)，不容易產(chǎn)生氣蝕，若工藝條件產(chǎn)生起伏，就會(huì)有可能發(fā)生氣蝕。

理論計(jì)算進(jìn)一步確定，FV-1121毀壞的因素便是“氣蝕”。

3 處理“氣蝕”方案選擇

依據(jù)“氣蝕”產(chǎn)生的原因以及危害，處理氣蝕的方式有四種：

1）改成抗氣蝕型HSC套筒規(guī)格單座調(diào)節(jié)閥。
2）串連兩部調(diào)節(jié)閥門，由兩部調(diào)節(jié)閥門平攤氣體壓力，降低閥心、高壓閘閥的氣體壓力。
3）調(diào)節(jié)閥門串連限流孔板，從而分壓電路，一樣能夠降低閥前后左右氣體壓力。
4）采用高韌性、超耐磨構(gòu)質(zhì)的閥心、高壓閘閥。

根據(jù)實(shí)際情況我們認(rèn)為：

1）所采用調(diào)節(jié)閥門的C_V值大測(cè)算C_V值能大很多，調(diào)節(jié)閥門容量比較大。
2）工藝條件還有許多不確定因素，采用抗“氣蝕”調(diào)節(jié)閥門或串連調(diào)節(jié)閥門，標(biāo)準(zhǔn)不明確，片面性比較大。
3）從合理性、協(xié)調(diào)能力考慮到。

根據(jù)之上考慮到，大家采用限流孔板減少壓差計(jì)劃方案充分考慮避免“氣蝕”，需先避免氣化，將限流孔板裝于閥后，把全部調(diào)節(jié)閥門中下游工作壓力提升，這更加有益。

4 限流孔板測(cè)算

4.1 限流孔板測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)的確認(rèn)

考慮到標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)限流孔板平攤工作壓力后，使調(diào)節(jié)閥門各工作狀況的開啟度仍在一般的范圍之內(nèi)--20%~85%。調(diào)節(jié)閥門FV-1121流量特性為等百分?jǐn)?shù)，依據(jù)調(diào)節(jié)閥門開啟度公式計(jì)算

（2）

式中q_v--總流量，m³/h；
Δp--調(diào)節(jié)閥門前后左右壓力差，MPa；
d_ρ--物質(zhì)相對(duì)性[品質(zhì)]相對(duì)密度，即0.879；
C--調(diào)節(jié)閥門商品流通工作能力（FV-1121 C=31/1.17）。

設(shè)q_vmax=27.1m³/h時(shí)，調(diào)節(jié)閥門開數(shù)為85%；
由于設(shè)計(jì)方案標(biāo)準(zhǔn)所給p₁，p₂為具體閥前后左右工作壓力，取S=1；
則調(diào)節(jié)閥門相匹配氣體壓力Δp=0.28MPa=280kPa；
原設(shè)計(jì)方案氣體壓力中，扣減調(diào)節(jié)閥門氣體壓力，即是限流孔板平攤的氣體壓力，即1080-280=800kPa。

4.2 限流孔板設(shè)計(jì)方案

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式定律d=1.049
式中q_v--總流量，即27.1×879kg/h；
δp--填料前后左右壓力降（永久壓力損失），即800kPa；
ρ--物質(zhì)相對(duì)密度，879kg/m³。
帶到測(cè)算，得d=18mm

4.3 計(jì)算

1）帶到經(jīng)驗(yàn)公式定律，加限流孔板后，各工作狀況標(biāo)準(zhǔn)下永久壓力降δp

q_vmax=27.1m³/h δp=800kPa
q_vnor=24.6m³/h δp=614kPa
q_vmin=12.3m³/h δp=153kPa

2）加限流孔板后調(diào)節(jié)閥門上中下游壓差Δp″及中下游工作壓力p₂″見表2。

可以看出，加限流孔板后，在各工作狀況標(biāo)準(zhǔn)下，均有Δp″<<Δp_T p₂″>>p_v
科學(xué)上，加限流孔板，合理的克服了“氣蝕”的造成。

4.4 考評(píng)

FV-1121調(diào)節(jié)閥門加限流孔板更新改造是1999年7月丁二烯復(fù)工維修時(shí)執(zhí)行的，工程費(fèi)用200元，限流孔板裝到調(diào)節(jié)閥門中下游前法蘭盤上。10月份復(fù)工開車時(shí)投入使用，效果明顯，系統(tǒng)軟件工作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥門總流量正常的，運(yùn)作大半年多，未發(fā)現(xiàn)氣蝕狀況，FV-1121操縱基本上穩(wěn)定。

表2 加限流孔板后調(diào)節(jié)閥門的技術(shù)數(shù)據(jù)

5 結(jié)果

根據(jù)對(duì)苯乙烯裝置鄰二甲苯調(diào)節(jié)閥門FV-1121氣蝕的具體分析及解決，有以下幾個(gè)方面感受：

1）調(diào)節(jié)閥門氣蝕狀況易產(chǎn)生在調(diào)節(jié)閥門前后左右壓力差比較大，且調(diào)節(jié)閥門壓力比較接近蒸汽壓力p_v的狀況。
2）氣蝕對(duì)調(diào)節(jié)閥門毀壞非常大，數(shù)天內(nèi)就能使調(diào)節(jié)閥門閥心，高壓閘閥毀壞而無法修復(fù)。
3）在一定情況下，加限流孔板是處理氣蝕的最簡易、最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式，尤其在工藝條件不準(zhǔn)確前提下。
4）選用限流孔板處理氣蝕的測(cè)算程序流程。

a）依據(jù)調(diào)節(jié)閥門開啟度，明確限流孔板的氣體壓力。
b）依據(jù)氣體壓力，測(cè)算限流孔板的規(guī)格。
c）復(fù)算各工作狀況標(biāo)準(zhǔn)下閥的開啟度是不是做到造成氣蝕的標(biāo)準(zhǔn)。

5）限流孔板平攤的氣體壓力，與總流量平方米正相關(guān)，采用時(shí)應(yīng)該需注意。

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