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减温减压系统中调节阀的工艺要求及选定

发布时间:2019-11-01 浏览量:21

作 者: 沈中奇 
摘 要: 本文论述减温减压系统关键设备调节阀应用中的问题,以及分析问题的过程和解决的方法。 

   1 前言   

    在减温减压系统中,关键设备减压阀前后压差大,易产生泄漏、噪声及气蚀,自动控制也会失效。本文在现场实测数据的基础上,分析工艺系统对调节阀的要求。并通过工艺参数分析,对厂家计算的分析来确定选用产品。文章最后从我厂系统改造前后的情况对理论分析予以确认。

    2 工艺条件及改造前的工艺状况

    在我公司自用蒸汽的工艺生产中,有一台关键设备为减温减压器,该设备将锅炉生产的蒸汽(在不通过汽轮机发电的情况下)从2.48MPa 430oC减温减压到0.35MPa 170oC,以满足公司其他用汽单位的需求;该减温减压器上的减压阀和减温水分配阀为该减温减压器厂配套的,型号为Y45Y100-Dgl50双座减压阀和JF61H-100DN32给水分配阀;该设备自公司生产以来,连续运行了4年多,基本上能满足公司生产的要求;但在这4年多的运行期内,我们也发现该设备存在一些问题,主要表现在如下几方面:

    1)减压阀的泄漏量大,特别是在蒸汽通过汽轮机发电的情况下,在该种条件下,该减压阀应该是完全关死的,但由于双座阀本身的结构和产品质量等问题,该阀门在全关位置时仍有较大的蒸汽泄漏量,造成了不必要的能源损耗,并增大了生产成本。

    2)调节范围小:从双座阀的调节特性可知,该阀的调节范围比较小;根据工艺的实际操作情况来看,在锅炉小负荷运行时(蒸汽产能在10t/h时),该减压阀无法完成对蒸汽压力的调节,即在蒸汽流量小于1Ot/h时,无法对蒸汽压力进行调节。

    3)控制精度低,稳定性差:减压阀和减温阀的控制采用的是带伺服放大器角行程电动执行机构,执行机构与阀杆的联结采用的是杠杆;伺服放大器的型号过于陈旧,平衡和稳定度的调节过于复杂,可能由于用于伺服放大器和反馈板上的电子元件器件未经工业化处理,故对环境的要求也较高,在高温和粉尘环境中工作不稳定;执行机构与阀体的联结设计不合理,多支点的杠杆联结方式虽然满足了将角行程电动执行机构输出力的放大,但由于杠杆各联结点存在较大的机械缝隙,无法满足整个控制系统对控制精度及控制稳定性的要求.因此对这两台阀的控制精度和控制稳定性均较差,无法满足自动的要求,自生产开车以来一直处于手动和现场操作状况,控制精度低。

    4)日常维修量大,工艺操作困难:由于该控制系统上的设备在当时选型时均有一定的缺陷,因此在实际运行时总是存在一些问题,每周均有2-3次的维修,而且工艺自开始生产以来就没有投上过自动,增加了工艺操作人员的操作难度。

    为了解决上述设备所存在的问题,更好的满足工艺安全生产的要求,我们决定对该减温减压器上的减压阀和减温水分配阀及其控制系统进行改造,根据工艺的要求及公司目前的生产状况,该两台阀应满足如下的工艺生产条件:

    a)蒸汽减压调节阀

    工艺管径:150mmDN150PN10)介质:蒸汽

    温度:Max 4300C

    流量:Qmin4t/h Qnor15t/h Qmax20t/h

    进口压力:2.45MPa

    出口压力:0。35MPa

    配电动执行机构:电源为220VAC/50Hz

    输入信号为:420mA

    阀位反馈信号为:420mA

    执行机构上带手动开/关手柄或手轮

     b)减温水阀

    工艺管径:32mmDN32PNIO

    介质:水

    温度:1080C

    流量:Qmax 2500kg/h

    进口压力:3.OMPa

    出口压力:0。4MPa

    配电动执行机构:电源为220VAC/50Hz

    输入信号为:420mA

    阀位反馈信号为:420mA

    执行机构上带手动开/关手柄或手轮根据以上的工艺条件,我们将调节阀和执行机构分开选型,首先确定执行机构,然后再选调节阀,再由调节阀的供货商提供成套。

    电动执行机构的选型

    根据工艺运行的需要及工艺人员的要求,此调节阀的执行机构我们决定选用电动执行机构,为此就我们所掌握的资料,经多方比较我们选择如下三家在全世界范围内较有名气的电动执行机构专业生产厂家:日本KOSO、德国auma、英国Rotork

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    经我们了解三家厂的产品基本情况如下:

厂家

KOSO

auma

Rotoyk

产品原产地

中国鞍山

德国

英国

生产适用范围

化工、电厂

化工、电厂

化工、电厂

传动方式

皮带传动

齿轮传动

齿轮传动

手动操作

不带手轮

带手轮

带手轮

输出力矩

0~1500N.M

30-3200N.M

30-3000N.M

适用环境温度范围

-10-+60

-25-+80(普通型)0-+120℃(高温型)

-25-=80

过载保护

无过载保护

有过载保护

有过载保护

    从以上三种产品中,我们选择了德国的auma电动执行机构,理由如下:

    3。1 环境温度

    目前我公司正在用的减温减压器附近的环境温度我们实测为:离阀座250px处的温度为2200C左右,在此点往上再上移375px,此处温度为720C,而目前所用的电动执行机构处的温度为560C。根据我们这几年的使用KOSO的经验来看,KOSO对环境温度是小于600C,但在570C左右时,此电动机构即出现工作不正常的情况。因此,KOSO的电动执行机构不能用于此减温减压器上,而aumaRotork的工作范围为-250C-+800C,且auma还有一种高温型的,可将适用环境温度范围扩展为0-+120oC,而在我们的此处应用中,选用-250C+800C=的普通型即可。

    3.2 输出力矩

    目前我公司20t/h减压阀上的伺服电机额定输出力矩为250N.M,但在给减压阀出力时应用了一个杠杆,将此力放大了6倍(现场杠杆力臂分别为1625px 275px)。这样对此减压阀的输出力矩实际上在1500N.M左右,而从上表中可以看出,l500N.M的力矩输出对KOSO电动执行机构来说已是上限了,没有余量,因此只有aumaRotork可以。

    3.3 应用情况

    1KOSO电动执行机构在我公司电站已有较多的应用,在较低的环境温度(530C=以下),小力矩输出(500N.M以下)的条件下使用情况较好,维修量也较少,这几年的运行也较满意。

    2auma电动执行机构我公司的维修人员有对该产品的使用及维修经验,据维修人员反映,此执行机构在用了十几年后,均能一直很好的工作,维修量极少,建议我们也用此电动执行机构。

    3Rotork执行机构在我们的兄弟单位有应用,该厂的电站有几台调节阀也是用的Rotork的电动执行机构,使用了一年多,工作一直很好,几乎没有维修量。

    4)在性能价格方面

    经我们的了解比较,如果将auma的价格定义为lA的话,则KOSO的价格为(0.30.4A,而Rotork的价格为(1。21。3A

    基于上叙理由.我们决定采用auma公司的电动执行机构。

    4 调节阀的工艺要求及选型

    由于调节阀的选型,涉及到的因素较多,考虑的因素也很复杂,涉及到多个专业,不是此方面的专业厂家,有此因素怕考虑不到,而且此设备对我们来说即关键又投资高,因此在选择供货商时,我们约定了如下原则:

    直接同生产厂家或该厂家的办事处联系,此点主要是从技术支持上考虑。

    必须是世界上有名的且在此方面有较优良的生产及服务业绩的大生产厂家,此点主要从产品质量和信誉上考虑。

    价格上必须要有竞争力。

    基于以上三点原因,就我们所掌握的资料和情况,我们选择了三家生产厂家,分别是:美国Fisher公司,芬兰Neles公司和德国的Samson公司。

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    以上三家的代表在收到我们的工艺条件后,又经过多次联系,反复核实有关的技术及工艺参数,均做出了选型,且有三家均在选型中提供了调节阀选型计算书(均按我方要求,配auma电动头,并调试好、总成交货),情况如下: 

2


天津Figher

德国Samson

芬兰Neles

所选型号

ED-4&ED-1

TYPE251&TYPE241

QXA-T5D1306ADFA。03&fc01d-WSXKLCTDH3

供货周期

12-16

12-14

16-20周(包括4周海运期)

    从三家的报价情况及后来的技术交流中了解到:FisherSamson所选阀为单座阀,而芬兰Neles选的为球阀(带QTrim内键的TOP5系列)。

    单座调节阀即为globe阀,从该阀的结构上可知为不平力衡阀,一般介质流向为下进上出(FisherSamson均选此种阀),该类阀的阀芯是通过上下行程方式来控制介质流量的,因而配该阀的执行机构为上下行程的直行程机构;而NELESTOP5系列调节阀为球阀结构,阀芯通过090度的开关角度来控制介质的流量,因而配该阀的执行机构为090度的角行程程机构。

    下面就此三家厂家所报的两种阀型比较如下:

    4.1 调节阀在工作时对执行机构出力的要求 

   
    
单座阀由于本身设计原理和结构上的原因,在大差压的情况会产生巨大的不平衡力,具体到我们的工艺条件下,如果按我们的工艺条件:即6”(150ram)阀及2.1MPa的差压,所产生的不平衡力约为:1854。6 kg,考虑到l5%左右的余量,至少也在2l00kg左右此点在Samson的计算书中已体现出来,他们计算出来的推力在l8.8KN左右,而Fisher在同我们的交流中,也说到此不平衡力,而且也很大,但在的计算书中没有表述出来。由于电动执行机构出力要有大于此不平衡力才能关闭此阀,因此电动头的功率要较大,而且单相220VAC的电机已满足不了此要求,必须要三相380V的电机才能产生此巨大推力。在Samson的计算书中,也已考虑了此问题,他们是采用三相380V电源的。由于要求电机产生的推力大,因而电机功率也要大,对电动执行机构的要求也高,因而价格也较贵,此点SamsonFisher的报价均有体现。而在eles报价中,由于他们采用的是TOP5系列的球阀,因此非常巧妙地避开了此难题。电动头提供的是力矩,比直接作用在阀上的推力要小得多,经他们计算,认为只需80N.M的扭力即可,这样电动执行机构输出的力就小得多:电动头的价格要低,整体价格自然也就有竞争力了。

    4.2 调节阀噪声与汽蚀

    在调节阀的选型中,另一个重要的要考虑的问题是噪声及汽蚀。特别是介质为高温高压的蒸汽。就调节阀来说,前后差压愈大,介质流速就愈大;流速愈大,则产生的噪音就愈大;噪声愈大,对阀芯和阀内件的破坏也愈大。噪声生产后,不仅严重伤害阀芯和阀内件,在严重的情况下,还能对阀的下游工艺管道引起共振,严重影响工艺的正常生产;另外噪声对工人的工作环境也产生极大的危害,依据国家《工业企业噪声卫生标准》中的第五、六条的要求,每个工作日接触噪声8小时,允许噪声为85dBA以下,每个工作日接触噪声小于l小时,噪声最大不超过1l5dBA。除此之外,伴随着噪声的产生,还会有气蚀、闪蒸等一系列问题伴随出现,这些情况的出现,将严重影响调节阀的工作质量及稳定性,更会大大地缩短此阀的使用寿命。

    具体就我们所选的调节阀中,如果采用单座阀(即SamsonFisher报价中所选的阀型),在我们目前的工艺条件下,经计算此类阀产生的噪声可达l13 dBA,其中Fisher阀可选减噪声的附件,最多可减去一17 dBA,这样该阀所产生的噪声应在96 dBA左右。在Neles的计算书中,对噪声有一栏专项计算,由于Neles所选的TOP5系列的调节阀阀内件采用了很好的降噪及消除汽蚀内件,即QTrim降噪件(Neles的专利),该QTrim 内件的结构如下(图1):

    

从该结构图中,我们可以了解到,该阀的球芯上已做成了多孔多级的网状结构,该结构本身即符合降噪原理(即逐级降压),因此具有良好的降噪功能:同时该结构与通常所说的球阀已有本质的区别,除继承了球阀的基本特点:如紧密的关闭,全通经高流量,内阻小等外,还有如下新的特点:如低噪声,高调节比,调节稳定和调节范围内无工作死区和迟滞带等;由于具有这些特点,因而提高了该阀的调节特性,如我们在后面要提到的良好的等百分比调节特性。

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    在采用了具有降噪功能的QTrim内件外,为了更好的达到我们的降噪要求,该阀在出口处又再加了一块降噪音衰减板(attenuator plate),具体到我们的工艺条件下,此阀的噪声控制得非常好(加降噪音衰减板具体结构如图2)。此外,对其他更苛刻的工艺条件的降噪,该阀还可在QTrim内件和噪音衰减板(attenuator plate)之间再加一个降噪器(dif-fuser),具体结构如图3所示;这样在一台阀上可实现三级降噪;因此从该阀的结构上看,已具备了非常好的降噪的特点。、

    根据我们的工艺条件,我们只用了两级降噪即满足了我们的降噪要求,在我们的工艺条件下,此阀所产生的噪声最大为91.85dBA,而且根据我们的工艺指标,在三种典型工艺条件下(流量分别为20t/h15t/h4t/h),其他条件不变)。噪声分别为91。85dBA89。94dBA81.64dBA。根据我公司的生产状况,此流量正常一般为15t/h左右,此时噪音为89。94dBA,只需在阀体外稍稍加上保温措施,即可达到噪音在85dBA以下,从而达到国家的有关标准。在三个厂家的选型中,Neles所选的TOP5系列阀的噪音控制是最好的,很好地解决了在此大差压中产生噪声的问题,这样就为此阀今后的使用状况及使用寿命,打下了良好的基础。

    4。3 调节特性

    三家公司均对所选型号的调节阀的调节特性均做了说明,即等百分比调节,但Neles的计算书中,对我们的工艺条件中的三个最具代表性的工艺流量点,即20t/h15t/h4t/h所对应的调节点进行r计算,分别对应:59.67% 49。02% 16.38% 开度。即在等百分比调节特性曲线中的16% -60%之间,从等百分比特性曲线中我们可以了解到在15% -75% 之间,调节特性是最为理想的。

    5 结论

    通过对此三家调节阀生产厂家的产品分析和比较和应用调查,结合我公司工艺生产情况,我们认为在我厂减温减压器的改造中,选用Neles公司的产品是可行的,在各项技术指标中也能完全满意我们工艺及技术的要求。

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    改造后的工艺状况

    经过充分的准备和安排,我公司减温减压改造按计划在99年年底停车检修时如期进行,在将两台阀改造的基础上,我们还对阀的控制系统进行了改造,去掉了伺服控制系统,改在控制室内加装强制手动的手操器,自动控制则采用DCS,在控制室的操作盘的手操器上,可实现手/自动切换,手动时由手操器上进行操作,自动时由DCS系统来执行控制,同时在该阀的现场,该auma执行机构上还有手动摇轮,可实现在现场进行人工调节;这样在控制上更可靠,工艺操作更灵活。

    经过上述的改造,在随后的生产中,该减温减压器在运行中表现出了良好的工况,具体表现在如下几个方面:

    1)在使用汽轮机发电的情况下,该蒸汽调节阀关闭时,能完全关死,没有泄漏现象,减少了能量损失,降低了生产成本。

    2)调节特性有了明显的改善,改造前在10t/h蒸汽流量的情况下,减压调节阀没有调压能力,改造后即使在蒸汽流量只有6t/h的情况下,该减压调压阀均能将出口蒸汽压力很好地控制在0。35MPa±0.02MPa的范围内,更好地满足了生产的需求。

    3)改造后,该阀的噪声控制良好,在没有保温的条件下,流量在15h/t时,离该阀0。5米处测得的噪声为89。2 dBA;在加上保温后,离该阀0.5米处测得的噪声为83.8dBA,完全达到了当时我们选型要求达到的降噪目标,而且还稍稍有点超出。

    4)控制特性有了极大的提高,由于auma电动执行机构本身即带有420mA的阀位反馈输出,且传力为紧凑的齿轮结构,又加上我们将自动控制改由DCS系统来执行,因此大大的提高了控制精度,同时控制的可靠性和稳定性也得到了极大的改善;在改造完成后即很顺利的投上了自动,控制效果非常好,减轻了操作人员的操作难度,提高了控制效率,较好地解决了自开车生产以来就遗留下来的生产难题。

    5)改造后,维修量极大地减少;到目前为止系统已稳定可靠的运行了2年多,还没有对该系统及执行机构进行过任何维修,作为工艺对改造后的结果非常满意。


本文链接:http://www.mysmeloan.com/news/detail/20191101132536.html




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