关于放空调节阀选型的探讨.pdf

霹鲈撵零． 石油化工设计 Pet m chem i cal D esign 关 于 放 空 调 节 阀 选 型 的 探 讨 王硕 中国石化工程建设有限公司，北京100101 摘要放空调节阀在阀前后高差压的条件下，还要满足高可靠性和低泄漏、低噪音要求，因此调节阀 的放空工况，成为一类调节阀的难点工况。结合某项目中催化裂化装置中富气压缩机前的放空调节阀实 例，对如何降低气体放空调节阀伴随的噪音及相关选型问题，进行了不同类型阀门的尝试，同时结合一定 的理论分析作为判断依据，最终选定多孔套筒阀作为本放空阀实例的最优方案。所选产品满足了所有过 程控制及安全生产的要求，拥有高可靠性的同时达到低泄漏、低噪音标准。 关键词调节阀放空 阻塞流噪音多孔 在工业自动化控制系统中，调节阀是最为广 泛使用的流体控制设备，也是绝大多数控制回路 的终端。因此，在自动控制工程设计中，一定要选 好调节阀，使其耐用可靠，灵活可调又能满足各种 H sE的要求。这对调节阀的工程设计选型提出了 越来越高的要求。 本文拟就调节阀的放空工况这一难点，结合 某催化裂化装置中富气压缩机前的放空调节阀实 例，分析和探讨气体放空调节阀的选型和噪音。 1工艺背景与条件 1．1工艺简述及控制要求 催化裂化装置中的富气经过分馏塔顶油气分 离器分离后进人富气压缩机升压，富气压缩机为 汽轮机带动的离心式压缩机。压缩机前压力如果 不稳定，容易导致压缩机操作曲线变动，变化幅度 或变化速率达到一定程度时可引起压缩机喘振， 造成恶性事故。而且，富气压缩机前压力不稳定 也会破坏上游分馏塔的平衡，想要再次建立塔平 衡需要耗费较长的时间和一定的成本。所以，富 气压缩机人口设置了压力控制回路，在压力高时， 打开调节阀放空，维持富气压缩机前压力不高于 设定值。另外，还有一台大口径放空特种阀与此 阀并联，在压缩机意外停机时，两台阀同时联锁打 开，保证富气全部放空时有足够的泄放流量。 1．2工艺条件 阀前富气介质压力约为0．17M Pa表，阀后 O ．05M Pa表；介质温度40℃；工艺管道管径 D N 350；阀门故障位置FO ；正常流量240 Nm 3／ m i n，最大流量300N m 3／m i n。因业主单位将放空 阀门的泄漏量计入考核，故用户要求将调节阀的 泄漏等级o定位为FC l 702定义的V I 级嵋1。因 介质含有部分硫化氢，还需对阀门中接触介质的 部位做N AC E防硫化物应力开裂的材料处理。 2选型过程 在调节阀的选型工作流程中，一般将经过以 下重点环节首先，明确调节阀的工艺需求和工艺 条件，确定首要的选型难点；其次，根据难点选择 阀门类型，并可根据计算结果不断调整优选阀门 类型；最后，完善调节阀的规格细节。 2。1蝶阀的尝试 本台调节阀在设计询价时，首先考虑的是套 筒类调节阀。但是，由于用户在此类装置的类似 位置处有较多蝶阀的使用经验，所以用户坚持要 选用蝶阀。这样，各厂家在投标技术文件中，均选 择三偏心结构的蝶阀产品。 众所周知，蝶阀的流道平滑，是高压力恢复类 收稿日期2014～O l 一21。 作者简介王硕，男，2007年毕业于清华大学物理专 业，硕士，工程师，现从事石油化工装置仪表设计工 作，已发表论文l篇。联系电话01084875070；E m ail w angshuo sei ．com ．cn 石油化工设计2014年第2期第31卷 的阀门，它的I临界压差比群小，在高压差时容易发 生阻塞流。本调节阀经过各厂家的计算，确实有 几家产品已经出现了阻塞流，证明本调节阀的压 差比x虽不算很高xO ．12／0．270．44，但多 数蝶阀已经不再适用。还有的厂家虽然计算上并 没有出现阻塞流报警，但是噪音很大。这是由于 在发生气体的阻塞流时，节流孔附近的介质流速 已经接近并达到了音速，所以噪音会非常大。如 果噪音很大但没有发生阻塞流，那么节流孔附近 的介质流速很有可能已经接近音速，也就是说虽 然没有形成阻塞流，但已接近阻塞流状态。在过 去，也有工作在阻塞流状态下的放空阀实例旧J，可 是这种选型一方面会产生极大机械振动，巨大的 应力会导致相应振动件的材料疲劳和损伤，另一 方面还会产生超标的噪音强度，按照现行的噪音 卫生标准，是不能接受的。普通蝶阀内介质流动 分布见图1a。 按照我国职业卫生标准，新建装置调节阀的 噪音要求控制到85dbA 以下，部分放空阀可放宽 到90dbA。考虑到本次选型的调节阀在正常生产 过程中比普通放空阀的动作频率要高，暂且要求 噪音不超过85dbA。鉴于此，只有某一家的蝶阀 满足噪音要求，约为80dbA。当然此产品的流量 计算中没有出现阻塞流，否则噪音必定超标。 b 特殊设计蝶阀 图1普通和特殊设计的蝶阀内介质流动分布示意 此家蝶阀的流道结构见图1b，在蝶阀的阀 板后紧贴着一片半圆形多孔板，这种独特的设计 结构将多孔降噪结构融合到蝶阀上。对比图1 a 中的普通蝶阀内介质流动分布，可以发现半圆形 多孔板消除了阀板后侧的湍流，而不阻挡蝶阀板 的开关动作，减少湍流引起的流体波动，最终降低 了噪音。多孔孔板在另一方面也对提高阀板后压 力有部分帮助，可产生类似于多级降压的效果，所 以也能部分降低噪音强度。 但是，由于只有一家产品满足技术要求，其它 家没有能与之比较的产品。故为了避免后续商务 上的问题，用户与设计方一致决定不再局限于蝶 阀，更换阀门类型。 2．2噪音的产生与降噪分析 既然噪音超标成为本放空调节阀的难点问 题，那么可以深入讨论一下噪音的产生问题。调 节阀噪音是由于调节阀在完成调节作用的过程 中，产生永久性的压力损失而导致流体湍流的结 果。调节阀的噪音主要来自3个方面1 机械振 动。机械噪音主要来自阀内湍流流体对阀内件的 冲击，造成与其相邻表面之间的振动而产生噪音； 2 气体动力学噪声。这是流体流经节流部位时， 机械能转换为声能的直接结果。3水力学噪声。 这一类里最主要的是空化噪声，其它噪声较轻可 忽略。对于本文中的气体放空阀，不涉及液体介 质，故本文忽略整个水力学噪声。 降低调节阀噪音的途径。4J ①对于机械振动引起的噪音，只能通过改善 阀本身的结构设计来解决，如增大导杆直径和减 少间隙来限制横向振动，或者以套筒为导向更好 地限制横向振动，还可以更有针对性地应对具体 工况设计阀体避开共振频率段。 ②对于气体动力学噪声∞J，气体动力学噪声 产生的主要区域是在紧靠缩流处下游的恢复区， 此处的流动状态是物相混乱、完全没有规则和不 连续的，具有强烈的湍流和混合作用。解决之道 在于降低流速和减弱湍流效果。 a 多级减压方式。该方式采用多级阀芯，串 联在一起逐级降压，将压降分散开，使节流孔处的 湍流效果减弱。气体介质可使用迷宫式阀芯，但 流道不能过大，否则对气体介质没有多级效果。 b 多孔式节流方式。单流路节流件的声功率 以面积平的函关系增加。面积变化1倍就会 导致声功率级相应变化6分贝；同时，当独立作用