控制阀在氯碱化工生产中的选用.pdf

仪器仪表与应用 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 8 ，2 6 8 AUT0M AT1 0N I N P ETRo CHEM I CAL I NDUS TRY 控制阀在氯碱化工生产 中的选用 谢海金 安徽氯碱化工集团有限责任公 司 ， 安徽 合肥2 3 0 0 1 1 摘 要 根据氯碱化工生产 的特点和工艺设备的特性 ， 论述了控制阀在氯碱行业中的选型 、 安装 、 使 用、 维护等方面应注意 的问题 。 关 键 词 氯碱化工 ； 控制 阀； 选型 ； 安装 ； 使用 ； 维护 中图分类号 T P 2 1 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 8 0 2 0 0 6 8 0 4 1 引 言 对在氯碱化工生产中大量使用 的控制 阀， 有 3 个 环节值 得注 意 ， 即选 型与 口径计 算 ， 调 试与安 装 ， 使用与维护。其中， 选型与 口径计算是基础 ； 调试 与安装 是关键 ； 使 用 与维 护 是保 障 ， 三 者 是保 证 氯 碱 化工 自动化控 制系 统安全 运行 的技术保 证 。 2 氯碱 化工 生产 的特 点和 工艺设 备的特 性 氯碱化工生产的特点是高温高压、 易燃易爆、 有毒有害 ， 生产工艺复杂和连续性强。工艺介质腐 蚀性强， 易结晶 ， 高黏度 。工 艺设 备是有动有 静。 动设备 主要有压缩机类、 鼓风机类、 搅拌类 、 机泵 类。静设备有塔 精馏塔 、 罐 储罐、 储槽 、 釜 反 应釜 、 聚合釜 、 器 交换器 及分离设备 电解槽 、 膜 过滤器 等 ， 它们共 同的特点是通过控制 阀 手动 阀 对其 工艺 参数 温度 、 压力 、 流量和 液位等 进行 自动 手动 控 制 。 3 控 制 阀的分类 、 组成 控制 阀分 类有 多种 ， 根 据控制 阀调 节方式 将其 分为控制 阀 连续调 节 、 开关 阀 断续调 节 。控制 阀由执行机构 、 调节机构 阀体 、 附件部分组成。 执行机 构按驱 动方 式分为气 动执行 机 构 、 电动 执行 机 构 、 液 动执行 机构 三大类 。气动 执行机 构 以压缩 空 气为动 力 ， 具 有结 构简单 ， 动作 可靠平 稳 ， 输 出力 大 ， 本质防爆 ， 维修方便等特点， 得到普遍采用 。其 他类型使用较少 。调节机构 阀体 是控制 阀的调 节部分， 与调节介质直接接触 ， 在满足使用压力 、 温 度和腐蚀条件等各方面的要求外， 还必须正确选择 其 口径、 流通能力 、 流量特性 、 作用形式等 。附件部 分是控制阀不可缺少的部分 ， 它能极大地改善控制 阀的性能指标 ， 提高调节系统的品质。 4 控 制阀 的选型 安装使用 及维 护 4 ． 1 控 制 阀的选型 [ 1 要结合氯碱化工生产的特点和工艺设备的特 性 ， 对介质和工艺参数进行分析， 了解 系统对控制 阀的要求 ， 合理选择控制阀。选型原则 根据化工 工 艺条件 ， 选择 合 适 的 阀结 构 和材 质 ； 根 据工 艺 要 求和设备特性 ， 选择合适 的流量特性和作用形式； 根据工艺指标和技术参数选择控制 阀的口径 ； 根据 阀杆受不平衡力的大小 ， 选择 足够 推力的执行 机 构 ； 根据工 艺过 程 和调 节要 求 ， 选 择 合 适 的辅 助装 置 ； 根据投资情况， 选择性价 比高的控制阀。 4 ． 1 ． 1 阀 的结构 和材 质 阀的结构应根据氯碱化工工艺条件、 介质性质 综合 考虑 ， 常用 的有单座 阀 、 双座 阀、 套筒 阀 、 球 阀、 隔膜 阀 、 滑 板 阀 、 蝶 阀或偏 心 旋转 阀等 。在不 允许 有毒有害气体泄漏 的场合 ， 应选用波纹管密封阀。 对高温介质 、 低温介质或需要保温的介质 ， 可用高 温阀、 低温阀和保温夹套阀。一些特殊 的工艺还要 选择满足其特殊需要 的阀门如耐腐蚀 、 耐磨损、 低噪声 、 速 动型 阀等 。对 阀体 、 阀盖 、 阀芯 的材质等 要 根据 介质情 况合 理选用 。在氯 碱化工 企业 ， 必须 根 据介 质 的种 类 、 质 量分 数 、 温 度 、 压力 的 不 同 ， 选 择合适的耐腐蚀材料。随着科技的发展 ， 一些新防 腐材料和一些专用阀如碱专用阀、 氯气专用阀等 在氯碱化工生产中得到应用， 值得选用。 4 ． 1 ． 2 阀 的流量特性 和作 用形式 [ 2 控制阀相对开度和通过阀的相对流量之间的 关 系称 为 阀的流量特 性 ， 它 分为理 想流量 特性 和工 作特性。理想流量特性有线性、 快开 、 抛物线和对 数 等百分 比 4种。在实际控制中， 没有什么控制 阀是在恒定的压降 流量 下运行的， 在改变流体流 收稿 日期 2 0 0 7 1 2 - 2 5 修改稿 。 作者简介 谢海金 1 9 5 7 - ， 男 ， 1 9 8 5年 毕业于安 徽电视大 学 电子专业 ， 1 9 8 6 年 至今在安徽氯 碱化工集 团有 限责任公 司从事化 工仪表及 自控的设计 、 计量管理工作， 任工程师 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 谢海金． 控 制阀在氯碱化工生产 中的选用 通截 面积 的同时 ， 阀前 后 的 压差 也 是 变 化 的 ， 这 时 理想 的流量 特性 畸变成 工作 流量 特性 了 。因此 ， 选 择 阀的流量 特性 时 ， 应考 虑 到控制 阀 的流量特性 尽 可能地 克服 控制对 象 的非线性 对调 节质量 的影 响 ， 充分考虑工艺设备管道配管情况， 尽可能使阀阻比 S在 0 ． 6 ～ 1之 间 ， 以减小 畸 变 。负荷 波 动大 的情 况下 ， 控 制 阀尽 可 能地选 择等 百分 比特性 。表 1 可 为选择 控制 阀流量 特性 提供参 考 。值 得一 提 的是 ， 由于计 算 机 技 术 在 自控 领 域 的应 用 D C S ， P L C 等 ， 一些 控制 应用 软 件对 控制 阀 的流量 特 性 能 进 行 一定 的修正 。由于氯碱 化工 生产 的特点 ， 当遇 到 气 、 电故 障或 紧急情 况时 ， 不 同 的场 合对 控 制 阀的 故 障状 态有不 同 的要 求 ， 对 于控 制 阀作用 方式 的选 择 ， 主 要从 3方 面 考 虑 工 艺 生 产安 全 ， 介 质 的特 性 ， 保 证产 品质量 ， 经 济 损失 最 小 。值 得 注意 的是 国外 常用 故障下 开或 关来 表示控 制 阀的作 用形式 ， 即故 障 开 、 故 障关 ， 与中 国的气开 、 气 闭表示 正好相 反 ， 故 障开对应 气 闭阀 ， 故 障关对 应气 开 阀 。 表 1 工 作 流 量 特 性 选 择 4． 1 ． 3 阀的 口径 控制阀 口径 的 确定 是 自控 工程 设 计 的 基础 环 节 ， 要充分 考 虑 工艺 、 设 备 提供 的设 计 工艺 参 数 条 件 ， 所要 控 制 的 流体 ， 调 节 品质 ， 可 调 范 围 ， 允 许 泄 漏 量 ， 噪声 ， 配 管 情 况 等 因素 及 其 他 特 殊要 求 。 口径 计 算标 准 为 I E C 5 3 4 ， ANS I ／ F C I 6 2 1 ， AN S I ／ I S A一 7 5 ． 0 1 等 。氯碱 化工 的实践 经 验证 明 ， 控 制 阀、 泵 、 管线等设备 ， 应当同时确定尺寸 ， 以防止不 同专业 安全 系数 的放 大 和 连续 叠 加 ， 形 成 一个 “ 过 大尺 寸 ” 的控 制 阀。特别是 系统 扩产 和改造 尤其要 注 意 。在许 多 情况 下 ， 新 扩 建 的氯 碱 化 工企 业 ， 在选择工艺设备时， 工艺管线要大一些 ， 以适应将 来企 业发 展 扩产 的需要 。在此 情况 下 ， 控 制 阀的 口径 可 以 比管 线尺 寸小一 级或 二级 。在实 际 中 ， 会 遇到 计算 确定 的 口径 在 生产 实 践 中 不一 定 好 用 的 情况 ， 这时 应根 据计 算 结 果 和 实 际经 验 ， 来 确定 控 制 阀 的 口径 经 验法 ， 也是 一种好 的方 法 。 近年来 随着 计算 机应 用软件 的开发 ， 一些 主要 阀 门制造 厂和设 计 单位 对 控 制 阀 的计 算 和 选 用评 价 ， 可 以用计 算 机进行 。 4 ． 1 ． 4执行 机构 在氯碱 化工 自动 控制系 统 中 ， 采用 的 阀门形式 是多种 多样 的 ， 每一 种 形 式 的 阀 门 ， 对 其 执行 机 构 都 有不 同的要求 执 行 机 构 的选 择 首 先 要考 虑 的 是动力源 压缩空气 ， 以保证执行机构在控制信号 作用下产生足够的力， 以克服在阀体 内部 由于压力 下 降所 产生 的最 大 不平 衡 力 。执 行 机 构 必须 适 应 其 氯碱 化工 的操作 环境 防爆 、 防腐 。在 氯碱化 工 生 产 中大约 8 O 以上 的控 制 阀 门的执 行 机构 是 采 用 气动 薄膜式 或 齿 轮齿 条 气 动 执行 机 构 。因此 执 行 机构应 在选 择 阀的结构 和 口径 的同时一并 考虑 。 从 实践经 验 可知 ， 对介 质高 黏 性 ， 有 固体 颗 粒 的 情 况下 ， 采 用齿 轮齿条 气 动执 行 机 构 的开 关 阀 ， 其输 出扭 矩 力 的确定应 在 理 论值 1 ． 2 5 ～ 1 ． 5倍 的 基 础上提高一倍 ， 以增大执行机构的输出力。 4 ． 1 ． 5附件装 置 附件装 置作 为控 制 阀的一部 分 ， 应 根据 工艺过 程 和调 节 的 要 求 ， 选 择 不 同 的 附 件 装 置 。主 要 有 电一 气 阀门定位器、 电磁阀、 气动容器和压力升压 器 、 位 置指 示 开关 、 阀位变送 器 等 。一 般情况 下 ， 气 动控 制 阀为克服 阻 力增 大 执 行 机 构输 出力 和 切断 能力 ， 提高 控制 阀 口径 DN≥l O O 响 应速 度 ， 分程 调节和改变控制阀的流量特性等 ， 都可选配阀门定 位 器 。在氯 碱化 工生 产有 防爆要 求 的场所 ， 必须选 用 防爆 或本 安 型 电一 气 阀 门定位 器 。 近年来 ， 数 字 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 石油化工 自动化 式阀门定位器的使用 ， 极大地提高了控制 阀的调节 性能 ， 并有取代传统阀门定位器的趋势 。电磁阀是 气动 开关 阀必 配 的装 置 ， 它 有 二位 三 通 、 二位 五 通 等多种 作用方 式 ， 可 根据 开关 阀的作用形 式 而有不 同选择 。特别 在一些 工艺要 求 阀门安全 联锁 ， 特殊 安全控制及机一 电一 仪联锁等装置上有着重要 的作 用。气动容器和压力升压器对于提高较大执行机 构 的控 制 开关 速度 有很 大帮助 ， 在快速 响应 系统 还能增 强稳定 性 。位 置指示 器反 映开关 阀全 开／ 全 关 2 个 极限位 置 ， 控制 人 员 可 以根 据 此信 号 ， 判 断 开关 阀的开 、 关 状态 ， 可 用 在程 序 顺 序 控制 和事 故状态的联锁保护等装置上 。 4 ． 1 ． 6 控制 阀 的性价 比 如何在众多的生产厂家 中选择性价 比高的控 制 阀呢可 以从 以下 几个方 面考 虑 a 选择 几 家合 适 的控 制 阀生 产 厂 家 ， 对 其 进 行阀门生产考察、 工业应用考察 、 售后服务和合 同 评审 ， 采购可用招标的方式 ， 综合评分。值得注意 的是， 中标者应该不是报价最低的。 b 根据投资情况和工艺设备 的 自控情况， 工 艺介质温度、 压力、 泄漏量等对控制阀的要求 ， 确定 选择国产 、 合资或进 口产品。虽然， 目前 国产品牌 在高端产品上还存在着一定的差距 ， 但多年的技术 引进 ， 国内产 品的质量 有 了很 大 的提高 。 C 选择一家产品规格齐全 ， 能提供上乘 的售 后服务和技术支持的大型企业作为供货商， 减少备 件 和备用 阀 的储 备 。 4 ． 2 控 制 阀的安装 在新建项 目设计 中 ， 自控设 计人员应 与工艺 、 设 备设计 人员 充分 沟通 ， 在做控 制 阀系统 配 管设 计施 工图时， 结合总体配管和设备安装情况， 充分考虑控 制 阀在系统 中 的作 用 和控制 阀安 装 的有关 要求 ， 尽 可能 避免因安装位置和配管 的影 响而有损 于控制 阀 的流 通能力 和流量特性 。因此 ， 应考虑如 下问题 a 控制 阀人 口、 出 口处应 有足 够 的直 管段 ， 直 管段 长度 ， 人 口应 有 1 0 D～ 2 0 D， 出 口 3 D～5 D 管 直 径 。 b 控制 阀的安装 位 置 高 度 ， 必须 留有 足 够 的操作 维修 空间， 尽可能在图上标明。 C 根据工艺要求 ， 安装切断阀和旁路 阀， 以适 应氯碱化工生产连续操作 的需要。切断阀用来隔 离控制阀， 旁路阀在维修控制阀时使用。 d 系统要 求伴 热 保 温 ， 控制 阀也 要 伴热 保 温 。 e 系统工艺介质有固体颗粒或系统压力波动 严重的场合， 应安装管线过滤器 冲洗水 或管线缓 冲器 。 4 ． 2 ． 1 安装 前检查 与校准 [ 3 a 检 查 。查 看 控 制 阀在 运 输 过 程 中有 无 损 坏 。根据 施工 图纸 认 真 检 查 控 制 阀 的 口径 、 流量 特性是否 与图纸 、 铭牌一 致， 所 带技术 资料和 附 件 是 否齐 全 。 b 校准。接通电 气 控制信号 ， 接通动力源 压缩空气 。检查行程是否到位 与行程指示标牌 比较 。作用形式是否符合工艺要求， 附件如 阀门 定位器、 电磁阀、 限位开关、 位置反馈信号是否正 确 。分程 调节 的输入 信号 与阀行程 是否对 应 。 检查与校准后就可进入现场安装或入库备用 。 4 ． 2 ． 2 安 装 a 认 真清理工艺管道 和设备 。清除管道 污 垢 、 金属碎屑、 焊渣和其他异物。检查控制阀内部 以确保无 异物 。 b 对 于法 兰连 接 的控 制 阀 ， 安装 法 兰 的 平 行 度不大于 5 mm， 并选择合适 的垫片， 在法兰与垫 片对中后， 轻轻旋紧螺栓 螺母 ， 最后 以交错形式 旋 紧每一个 螺栓 螺母 ， 以防泄漏 。 C 控制 阀阀体上 标注 的箭 头必 须与 介质 的流 向一致 。 d 一些 特殊 的介 质 如 氧气 的控 制 ， 安 装 前要 对控制阀进行脱脂处理。有防静 电要求 的工艺场 合 ， 要将控制阀用导体 扁铁 与管道设备充分地连 接 接地 。 e 所有控制 阀在管线进行 吹扫时应拆 下来 ， 暂 时用短 管把 管道连接 上 ， 吹扫完毕 后再安 装上 。 f 控制 阀和管道 进 行 必要 的 固定 和 支撑 。控 制 阀上挂位 号标 记 。 4 ． 3其他 控制 阀 的 附件 、 空 气 管 线 安 装 也 是 不 可 忽视 的， 附件安装位置应符合可接近、 方便观察 、 操作方 便的原则 。尤其是配备的手轮， 一定要位于操作方 便 的位置 。空气 管线 的连 接应 注 意 连接 处 的气 密 性 。控制 阀用 的仪表空 气总 管操 作 压力 为 0 ． 5 5 ～ 0 ． 8 M Pa E 。应考虑设计一定容量 的储气罐， 仪表 空气应除油、 干燥处理 ， 在干燥器 出口所获得的干 燥 空 气其 露 点 温 度 至 少 比最 低 环 境 温 度 低 1 0 ℃ 可用露点仪在线测量 。仪表空气的质量应符合 文献[ 4 ] 的要求。对齿轮齿条气动执行机构 ， 最好 在每组 气源 分配 台 处安 装小 型过滤 、 调压器 和润 滑器 ， 注意应 在润 滑 器 中注 入 润 滑油 ， 调 节 好 油 的 流量 ， 以提高执行机构的使用寿命 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 谢海金． 控制阀在氯碱化工生产 中的选用 4 ． 4使用 与维护 控 制 阀安装完 成后 ， 还应将 控 制阀与 控制 系统 进行单 机 试 车 、 联 动 试 车 和 化 工 试 车 。控 制 阀通 电、 气进 行联 动试 车 ， 打通 流程 并稳 定 4 8 h ， 可参 照 文献 [- 3 - ] 。 氯碱 化 工 生 产 过 程 使 用 的 控 制 阀 和 化 工 生 产过程休戚相关 ， 熟悉 控制 阀的使 用指南 ， 了解 工 艺介 质 、 工 艺过 程 有 助 于 使 用 和 维 护 人 员 对 控 制阀使用、 维 护和故 障处理 ， 是对 生产安 全运行 和控制阀使 用寿命 的保 障。在 实际运行 中可进 行 如下 维 护 a 预 防性 维护 。仪表维 护 人员 要对 控 制 阀 的 结构 和使用有 一个 彻底 的 了解 ， 定期 对控 制 阀进 行 巡 回检 查 ， 各 零部 件是否 有松 动 ， 气 动执行 机构 、 气 路 、 管线 是否 有漏 气 ， 控 制 阀运 行 开 、 关 过程 中阀 杆上 、 下运动 左 右旋转 是否有 停顿 或动作 迟 缓 的 现象 。实践 经验 证 明 开 关 阀 打 开 的 速 度 时 间 是关 阀速度 时 间 的 3倍 说 明 阀 门有 问题 ， 要 进行处 理 。应 结合 系统 大修 ， 有 计划 地对控 制 阀进 行检查 、 保养 和维修 。 b 被 动性 维 护 。在 氯 碱 化 工 生 产 中 ， 如 果 要 对有故障的控制阀进行处理 ， 必须和工艺设备操作 人员联 系并取 得 同意方可 进行 。首 先 ， 切 断 电源 电信号 和气 信号 ， 阀门有 联 锁 的应解 除 联 锁 ， 不 要 在有压 力 的情 况下 拆卸控 制 阀 。值得 注意 的是 ， 在 检修 齿 轮齿 条 气 动执 行 机 构 时 ， 如要 打 开 端 盖 ， 一 定要 使里 面 的弹簧处 于 1 9 然 放松状 态 ， 切 不可 带 压力 弹力 拆卸 ， 以防发生事故 。控制阀故障处理 的顺 序 是 先检查 电路 、 气路 ， 附件 电气 阀 门定位 器 、 电磁 阀等 ， 再 查气 动 电动 执行 机 构 ， 最 后查 阀门本 体 。维 护 经验 和 控 制 阀使 用 指 南是 解 决故 障的有 效途径 。 c 预见 性 维 护 。随 着 越 来 越 多 的 DC S， P L C 控 制系 统和智 能化 、 数字 化控制 阀在 氯碱化 工生产 过程 中的应用 ， 许多用于预见性维护技术的收集和 监视现场输入信息的计算机软件技术得 到广泛应 用 ， 使 预防性 维 护 成 为 可 能 ， 用 户 可 以通 过 D C S ， P L C控 制 系 统 的上 位计 算 机 在 线 与 控 制 阀通 讯 ， 诊断控制阀的使用情况， 健康 故障 情况 ， 给控制 阀维 护 带来极 大方便 ， 减 少 了维 护 费用和 系统停 车 时间 ， 潜 在 的经 济效 益是 不可低 估 的 。 5 结束 语 综 上所述 ， 在 氯碱 化 工 自控 系统 中 ， 不 管 测量 仪 表多 么精确 ， 控 制 系统 多 么 复 杂 ， 控 制技 术 多 么 先进 ， 作 为 自控 系 统 的最 终 执 行 机构 控 制 阀 ， 正 常运行 是关 键 。因此 ， 控制 阀选好 ， 用好 ， 维护好 是一个系统工程。自控专业应与工艺 、 设备等各专 业配合 ， 从设计 选型 做起 ， 从安装抓起 ， 从维护管 起 ， 将其纳入设备管理体系 中， 以保证控制阀在控 制 系统 中正常 运行 。 参 考 文 献 1 HG／ T2 0 6 3 6 2 0 6 3 9 1 9 9 9 ， 化工装置 自控工程设计规定 2 乐嘉谦 ． 仪表工手册． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 1 3 G B 5 0 0 9 3 2 0 0 0 ， 自动化仪表工程施工及验收规范 4 G B ／ T1 3 2 7 7 9 1 ， 一 般 用压 缩 空 气 质量 等级 GE F a n u c智能设备成为 P A C的领跑者 作为首家推 出可编程 自动化控制器 P A C 的公 司， 庆祝这项 基于开放 式标 准的革新产 品诞生五周年 。 5年前的 3月 3日， 在芝加哥伊利诺伊 的“ 梦想之夜” 上 ， GE F a n u e 智能设 备一 G E企业解 决方案旗下 的业务集团之一 ， 揭开 了首款可编程 自动化控制器一 P A C S y s t e ms 的面纱 。 P A C的缩写是 由 A R C咨询集团的总监 C r a i g R e s n i c k于 2 0 0 2年首次提出的 ， 以此作为帮助控 制产 品硬件用户更好 地 定义他们 的需求 ， 并且提供给主要控制系统硬件供 应商 的一 个术语 ， 从而 更清 晰地交流产 品的性能 。AR C以普及这一术 语而 闻名于制造业领域 。 白2 0 0 3 年 以来 ， GE F a n u e 不 断地 为 P A C S y s t e ms产品家 族注 入创 新元 素 ， 引入 两款不 同的控 制平 台一 P A C S y s t e ms RX 3 i 和 R X 7 i 通过适合的产品性能来满足不 同客 户的需要 。通 过整合 新的技术 以及现有 的硬件 系统， P A C S y s t e ms 产 品 家族提供给那些需要升级控 制系统平 台的用户一种无 缝 的升级 方式 。P A C S y s t e ms R X 7 i 定 位于 中高 端应用需求 ， 它有 强 大的内存容量 、 带 宽和分布式 I ／ 0以满足所有 主要 系统 的需要 。P A C S y s t e ms R X 3 i 是一款高性价比产品 ， 能够轻松集 成并 且在不 同平 台间为应用软件的可移植 性提供 了空前 的 自由度 。 通 用 电气发 那科 自动 化 上海 有限公 司 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m