转鼓复合肥装置渣酸调节阀选笼套型旋塞阀的实践

2022/5/12 13:18:15 人评论 次浏览 分类:控制阀  文章地址:/tech/4232.html

AZ旋塞阀

青海云天化国际化肥有限公司转鼓复合肥装置自开车以来,渣酸调节阀存在两个问题:第一,长期小开度运行,阀门开度在5%左右,导致很难控制,无法投自动;第二,阀门衬套冲刷损坏,阀芯腐蚀,导致内漏,甚至阀芯碎裂、卡死导致停车。


前后使用过FLOWSERVE旋塞阀、YADI旋塞阀、SZZ陶瓷阀以及FLYGER球阀,均无法满足长周期运行的工艺要求,具体情况见表1。


表1 阀门使用情况表

阀门使用情况表

2019年3月27日使用AZ笼套型旋塞阀,在运行中周期检查,跟踪运行情况,并无异常;2020年装置度大修,解体检查发现笼套有腐蚀情况,但不影响工艺指标的控制。2020年5月9日更换新备件。AZ笼套型旋塞阀在线运行时长13个月,可以保证装置长周期运行。

对阀门常在小开度运行原因分析

通过查询原设计资料发现,原设计的阀门流量为7.5~30m3/h;而工艺技术人员根据现在装置运行情况给出的工艺流量为3.5~18m3/h,见表2;所以原设计阀门的流通能力偏大,要根据实际工艺参数计算阀门的流通能力Cv值,选择相应的调节阀。


表2 工艺参数表

旋塞阀使用介质工艺参数表

调节阀长期小开度运行,也导致阀门进口和出口阀座衬套长期冲蚀,衬套损坏,出现内漏,阀门的调节性能更低,导致控制渣酸流量更难。

1、计算调节阀流通能力系数Cv值
由工艺提供渣酸流量调节阀FV-04601工艺参数由表2得知:
调节阀阀前压力:P1=0.8MPa
调节阀阀后压力:P2=0.45MPa
调节阀最大流量:Q=18m3/h
温度选择:T=60℃
渣酸比重:Gf=1.45

①首先判断是否为阻塞流。

判别式:FL2(P1-FF×Pv)
笼套型旋塞阀与V型球阀相近,查表:FL=0.57
渣酸溶液以水估算,查表:60℃的饱和蒸气压:Pv=0.02
查临界压力表:FF=0.95
故FL2(P1-FF×Pv)=0.572×(800-0.95×0.02)=260kPa
因为ΔP=P1-P2=0.8-0.45=0.35MPa=350kPa
及ΔP>FL2(P1-FFPv),所以产生阻塞流。

②流量系数的计算


根据计算Cv,从欧宝电竞平台标准系列中,选取大于计算Cv值,并最接近一级的阀门。选择Cv值为31的旋塞阀,进行模拟验算开度和流量,能满足工艺操作要求,见表3(数据来自AZ厂家Cv值验算出厂报告)。根据《自动仪表选型规定》(HG20507-1992),等百分比特性阀门,最大开度≤90%,最小开度≤30%,阀门选择符合规定。


表3 模拟验算开度、Cv值和流量表



表4 原设计阀门和现使用阀门比较表



在实际运行过程中,也得到了验证:例如2021年3月11日,生产硫铵欧宝电竞平台时,流量11m3/h,阀门开度65%;其他配方的欧宝电竞平台生产,FV-04601运行也很稳定。原设计旋塞阀Cv值172,流通能力超出实际所需值5倍多,平时开度在5%~10%,可调区间太小,又内漏基本无调节功能,全靠手动阀控制工艺指标。阀门Cv值选择太大,也是导致阀门长期小开度运行和无法准确控制的根本原因。


2、旋塞阀门内漏的分析

内漏主要出现在FLOWSERVE的旋塞阀和YADI的旋塞阀,解体检查,都是阀门小开度时,PTFE衬套接液部分损坏,阀芯表面有白色晶体,很难去除。分析有两个原因:第一,在小开度时,介质流速最高,根据介质成分表,含固量在5%~20%,当介质高流速或压力损失和含固体介质流过PTFE衬套时,对其造成冲刷,磨损最严重;长时间在小开度运行,造成衬套损坏,也导致内漏增大;第二,工艺水以渣场回水为主,会有氟硅酸盐产生,如氟硅酸钾和氟硅酸钠性质,均为白色微不溶结晶,几乎不溶于冷水,在热水中水解成氟化钾、氟化氢及硅酸,其水溶液呈酸性,微量结晶体吸附于阀芯,增大阀芯的表面粗糙度,长时间开关调节,会对衬套有磨损。 

3、阀卡死的原因分析
陶瓷阀在使用过程中,随运行时间变长,阀门会出现卡涩现象,阀芯和阀座表面有白色结晶,一个月左右会出现阀座、阀芯碎裂的现象,如图1所示。


图1 陶瓷球阀阀内件碎裂


原因分析:第一,由介质成分表看,介质含有硅酸盐,会随时间有微量吸附阀内件,增大了阀芯和阀座之间摩擦阻力,开关力矩变大,当超过陶瓷阀内件的可承受扭力时,造成阀内件碎裂;第二,在开车过程中,根据管式反应器运行状态,使用中压蒸汽不定期吹扫管道,压力在0.8MPa左右,温度在170℃左右,冷热介质交替,陶瓷和阀体受热膨胀系数不同,导致陶瓷加剧疲劳;第三,介质比较脏,有编织袋,微小颗粒等异物,进入阀体腔室,卡在阀芯和阀座之间,开关力矩增大;第四,介质由于有氟离子,氢氟酸,会对陶瓷有腐蚀性也加速了阀内件的损坏。


4、阀内件腐蚀原因分析

以磷酸为主要原料生产复合肥时,渣酸介质复杂,以渣场回水作为尾洗工序的洗涤液,在预洗槽加入硫酸,在管反槽加入磷酸,配比25%~30%;从介质成分表中看出还有F-、K+、Na+、CL-以及SO42-等离子,对金属腐蚀很厉害,管道材质为904L,FLOWSERVE的旋塞阀、YADI的旋塞阀、AZ旋塞阀的阀体和阀内件材质都是CD4MCu,属于双相不锈钢,耐磷酸腐蚀优于904L。2020年4月份调整生产工艺为半料浆生产法,调节阀FV-04601主要介质调整为MAP溶液,AZ旋塞阀运行15个月后,发现笼套有比较严重的全面腐蚀。仅渣场回水中磷酸的含量<1%,但是硫酸的量有所增加(0.5~1.0m?/h),因为904L可以解决硫酸、磷酸的全面腐蚀问题,又可以解决氯化物点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和晶间腐蚀问题,在半料浆生产生产工艺中,阀内件选904L会更耐腐蚀,这需要在今后的使用中去验证。

5、渣酸调节阀选型方面的思考

①调节阀选型Cv值计算要准确
选型首先要根据实际工艺参数来计算调节阀Cv值,进行选型,避免小开度运行。Cv值计算是否准确,主要决定于欧宝电竞平台部工艺参数提供得是否准确,必须重视。

调节阀类型选择要适合实际生产的工艺

渣酸介质中有产生结晶的因子,而且介质中有编织袋碎屑、微小颗粒等异物,所以不能选择球阀。笼式旋塞阀比较合适,第一因为阀芯少量结晶,不会导致与PTFE阀座卡死,PTFE比金属软,又有自润性能和抗变形能力;在PTFE中添加一定比例的玻璃纤维,衬套的抗冲击强度和耐磨损度提高30%,可以在220~250℃长期使用。第二流体经过笼式旋塞阀时,只有内阀芯(笼套)被冲刷,很好地保护了衬套的冲蚀,避免出现内漏,可以长周期使用。如果腐蚀而损坏,也不影响调节阀的正常工作。第三笼式旋塞阀的流道虽有缩颈,但全开时阀芯对介质流通无任何阻挡,与O型球阀相似,介质有杂物,也不会堵塞阀芯。且流路简单,流阻很小,具有高压力恢复能力。

根据阀门运行情况和生产工艺尝试新材料半料浆生产工艺中,对于阀芯的腐蚀,可以尝试904L材质的阀内件;也可以尝试阀内件喷涂特种陶瓷,提高抗冲蚀强度和耐腐蚀能力。

5、小结

转鼓复合肥装置渣酸调节阀FV-04601选笼式旋塞阀,适合本装置的长周期运行;对于阀内件的腐蚀,要继续收集工艺数据,进行分析,并尝试新材料。

作者:祁维军和胡彦文(两位作者现供职于青海云天化国际化肥有限公司)

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  1. 调节阀也得靠临床经验,不是给套图纸就能生产的,个人认为80%是调节阀应用经验

    匿名用户
    ?2022/5/21 12:26:09