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关于化肥厂非垂直安装调节阀问题的探讨

1 概述

目前兰州石化公司化肥厂生产过程自动化程度很高,各个装置都使用了大量的自动调节阀,用以完成过程自动控制和实现安全联锁保护功能。在生产过程中发现,大多数调节阀的使用情况良好,但有部分调节阀经常出现故障。经过大量统计分析工作,找出了一定的规律,即非垂直安装的调节阀故障率较高。

2 调节阀出现故障的原因

该厂各装置上的调节阀,大多是呈垂直方式安装的。垂直方式安装的调节阀,其执行机构一般不会造成支撑倾斜,不可能发生机械形变,只要阀杆与执行机构输出轴对中无较大的偏差,一般使用情况都比较良好。也有不少调节阀是水平或倾斜安装在管道、设备上的(非垂直安装),而且没有另加平衡支撑(有的调节阀即便是加了支撑,也会发生故障,甚至个别加支撑的调节阀的故障率也是比较高的),加之使用条件、环境、介质相对苛刻一些,在生产实践中发现,同等的使用条件和环境中,它们发生故障的频率比垂直安装的高,因此对这些调节阀的形式和出现的故障类型进行了归纳,做了比较详实的对比分析比较,找出故障产生的原因和解决的办法,为今后的调节阀使用、维护、检修提供有益的参考。

2.1 选型安装的故障因素

无论水平或侧边安装,执行机构无论电动还是气动的,这些阀,其质量都很大。从驱动端到调节端的距离很长,调节端直接安装固定在管道或设备上,其质量和力臂所产生的力矩很大,足以使调节阀自身的支撑发生较大的侧向形变(向下倾斜)。这个由侧装产生的重力矩,使调节阀的几何尺寸发生形变,造成调节阀在使用运行过程中常常出现故障。这样安装的调节阀故障率比垂直安装的高,但同时也发现了故障的基本规律。

2.2 物料性质的故障因素

a)高温(蒸汽介质)环境中,大多会出现填料泄漏故障,内件易损坏(阀芯阀座磨损失配、阀芯脱落),内部泄漏量大,不易控制,调节品质差,与工艺连接的法兰端面很容易泄露等故障。图1,图2分别为普通调节阀和高温型调节阀结构。从图中可以看出,由于加了一截散热器的距离,使用温度越高散热器就越长,因此,高温型调节阀执行机构重心点距安装轴线的距离,比普通型调节阀要长的多,非垂直安装调节阀产生的力矩也要大得多。如:动力C锅炉装置的几台减温减压调节阀,合成氨装置的调节阀等。

图1 普通调节阀结构(正作用型)

图2 高温型调节阀结构(正作用型)

b)低温(小于-100℃)深冷使用环境中,出现较多的也是填料泄漏故障。此类调节阀有较长的隔热绝冷长颈,所处的环境温差大,大多安装使用在空分、液氮洗单元装置上,它们基本上都有两个支撑点,如图3所示。管道和冷箱箱壁都是固定点,一端固定在管道、设备上,另一个就固定在保温冷箱的边壁上,阀体和长颈部分基本是固定死的,只有执行机构是侧悬在冷箱壁之外的,如果执行机构太重并发生形变,受力点就在填料处,则填料处最易受力单边磨损。空分、液氮洗(深冷)单元除箱顶安装的调节阀以外,基本上都属侧装和水平安装。如:合成氨液氮洗装置的调节阀,空分装置的调节阀。

图3 冷箱安装长颈式调节阀示意(正作用方式)

c)高压常温的使用环境下,调节阀的阀体要比低压、常压普通调节阀的尺寸大,执行机构要求产生较大的推力,用以克服使用中产生较大的不平衡力,因此执行机构也在尺寸上比普通型的更大、更重、更长。水平或侧向安装产生的机械形变肯定更大,损坏情况更严重。因此,大多会出现执行机构输出轴密封环磨损,如:FV21022等调节阀,尿素合成塔压力控制调节阀等。

除以上三种情况较严重外,也另有特殊情况的现象,如:长、质量大执行机构使用在常压、常温环境中易损坏填料和阀内部机件。尿素装置的熔融尿液三通调节阀

3 对阀产生的影响

a)内部机件损坏其表现形式:内漏大、行程摩擦大、滞后时间长,调解品质差。具体故障是阀芯阀座磨损并失配、阀芯阀座密封环偏磨严重、个别机件脱落,最严重的可造成阀芯、阀座断裂等。外部机件损坏的表现形式大多是外漏大、自动动作不灵活、现场硬手动阻力大不容易操作等。具体故障是填料漏、阀杆磨损、执行膜头输出轴密封件磨损、泄露等。

b)从工艺角度分析:温度对调节阀的使用的直接影响并不大,温度变化使调节阀产生的机械尺寸形变,相对于侧向安装重力产生的机械尺寸形变要小的多。只是在生产过程中,投用和切除使温度发生急剧变化时,在一定时间范围里,可能产生较小的影响,稳定生产状态时情况要好得多。

c)从调节阀的结构形式的角度分析:使用在不同温度场合的调节阀,大都配制的是带有散热器的或是带有长颈温度差隔离(深冷的距离尺寸更长,在安装上这些调节阀一般都有两个支撑点,一个在管道或设备上,另一个在保冷箱壁上)的产品,它们比普通调节阀至少多了一段散热或隔离距离,阀杆填料所处的位置不是直接的工艺温度,温度条件能向环境温度方向改善一点,填料不至于过早老化,使用周期延长。其共同特点是阀体连接执行机构的引出端距离很长,非垂直安装力臂很长,执行机构重力产生的力矩很大。因此,这类调节阀垂直安装基本无问题,但侧面、水平安装大都出现过泄露、内件损坏、调节动作不灵敏等情况,此类问题现场不采取支撑措施很难解决,检修中填料压得不紧很容易出现泄漏故障,压得过紧则调节阀动作不灵敏,甚至会出现反推力导致不动作的现象,每次加、换填料工作,就显得难度很大,不容易掌握。

d)从调节阀执行方式上分析:直行程的调节阀在垂直安装方式上,只要求连接时零点对中良好就不可能产生填料偏磨现象。而直行程侧装的调节阀不仅要求零点对中,还要求全行程对中也要良好,否则,就极易产生填料偏磨现象,长期偏磨会造成局部填料磨损严重而产生泄露故障。

非垂直安装的角行程调节阀(如图4所示)如果连接对中失配,也会出现偏磨现象,但一般磨损较缓慢,损坏程度也较轻。一般只对上密封填料磨损,对下密封填料磨损较轻,总体上出现填料泄漏的情况并不多见。因此,直行程调节阀使用过程中出现填料泄漏问题的情况要更甚于角行程的调节阀。

图4 角行程调节阀示意(单驱动方式)

4 改进措施

从分析结果得知,重力力矩WF过大是造成各种故障的惟一原因。为了更好地使用、维护、检修好这些非垂直安装的调节阀,应采取与之相适应的方式方法来弥补安装缺陷,主要解决办法是加支撑。支撑的方式有两种,采用刚性和柔性支撑,具体可根据现场情况决定。

a)已加支撑的调节阀要找中轴,调整好机械轴线。尽量在使用条件下,使之达到一个满意的对称度,并加固好支撑锚点。

b)另需加支撑的调节阀应选好支撑点,要牢固稳定,有可能产生机械形变的位置,也可采用弹性(柔性)支撑方法,无法低位支撑的亦可用悬吊支撑法。无论采用哪种方法,其目的使阀芯、阀座、阀杆、执行机构输出轴呈一条直线,不产生径向力。

c)对无法加装支撑的调节阀。其一可采取减小执行机构质量,缩短连接距离,检修时做好二次找正、中间找正等工作方法来解决。其二处在自动调节系统上的调节阀,要尽量减小调节幅度和频次。具体办法:依据工艺调节指标可允许的条件内,尽量加大调节系统的比例度(减小系统的即时放大倍数)、积分时间参数(减小系统的动作速率),尽可能的不采用微分功能或减小微分时间参数(减少或消除调节阀的阶跃动作方式),以降低调节系统的动作灵敏度,相对减少填料和阀杆之间的摩擦次数与行程。其三能加油润滑的一定要按时加注,避免密封填料提前老化失效,增长调节阀的使用周期以达到生产安全稳定运行。

5 结束语

对出现过问题的非垂直安装调节阀,根据实际情况进行处理,大大延长了调节阀的使用寿命,提高了调节品质,实现工艺生产长期稳定运行的目的。

参考文献:

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