1．引言
安慶分公司化肥一部合成氨裝置中，D1502氨分離器占有十分重要的地位。從氨合成塔出來的氨氣壓力18.OMPa，溫度326℃左右，經(jīng)過兩級(jí)氨冷器降溫后，在D1502中進(jìn)行液氨分離，分離出來的成品氨送尿素裝置做原料或送氨庫(kù)。其壓力為3.5MPa，溫度為-50℃左右。而D1502氨分離器上半部未合成的合成氣與合成氣壓縮機(jī)高壓缸出口的新鮮氣一道送K1502循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行升壓，再送到合成塔進(jìn)行合成。因此，D1502液位控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性直接影響到整個(gè)合成系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。本文在分析影響D1502液位控制系統(tǒng)的一些因素的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。
2．控制系統(tǒng)概述
在D1502氨分離器液位控制中，若液位過高，會(huì)引起系統(tǒng)超壓，嚴(yán)重時(shí)造成氣相帶液，損壞K1502循環(huán)段壓縮機(jī)。一般情況下，自動(dòng)脫扣裝置將使壓縮機(jī)隔離，保護(hù)設(shè)備。若液位過低，氣相高壓易串至成品氨低壓管線，將發(fā)生事故。因此，D1502的液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須確保靈、準(zhǔn)、穩(wěn)。
原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用兩臺(tái)液位測(cè)量變送器，信號(hào)送總控，用于液位控制與顯示。同時(shí)設(shè)有液位浮筒開關(guān)，帶[1]聯(lián)鎖，高液位時(shí)動(dòng)作，合成系統(tǒng)停車。如圖1所示。
在液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，采用兩臺(tái)Fishet 公司的DBQ型單座氣開式調(diào)節(jié)閥LV021A／B進(jìn)行并聯(lián)互備，該閥具有Ⅳ級(jí)以上泄漏等級(jí)，密封可靠，動(dòng)作流暢。在合成氨開車中，該閥先是關(guān)閉，使系統(tǒng)建立液位，隨著生產(chǎn)逐步正常，產(chǎn)量加大，閥門逐漸打開，以滿足生產(chǎn)，將液氨輸送至下一道工序。若LV021A調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障，需切換到LV021B閥進(jìn)行運(yùn)行。此時(shí)，只能通過切換現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)切換開關(guān)HS021，將送到LV021A閥的氣信號(hào)切換到LV021B閥，以維持生產(chǎn)。
3．調(diào)節(jié)閥對(duì)控制系統(tǒng)的影響
3．1 現(xiàn)狀
LV021A／B閥在運(yùn)行中經(jīng)?？ㄋ涝?0％左右的閥位上，無(wú)法調(diào)節(jié)，造成D1502液位上漲，引起系統(tǒng)超壓，[1]高液位聯(lián)鎖動(dòng)作，合成系統(tǒng)停車。嚴(yán)重時(shí)氣相帶液，損壞K1502循環(huán)段壓縮機(jī)?；蚴荄1502液位迅速下降，液位過低，氣相高壓串至成品氨低壓管線而發(fā)生事故。在處理閥卡過程中，考慮到該閥壓力高，壓差大，閥芯上下需要均壓，曾采用DB型閥芯結(jié)構(gòu)，即對(duì)原閥芯導(dǎo)向部分對(duì)開兩道均壓槽，確保閥芯在運(yùn)行中滿足均壓。同時(shí)，更換了備件閥籠，經(jīng)過檢查測(cè)試，完全沒有效果(南京廠正常生產(chǎn)時(shí)該閥的開度僅在50％左右)。
3．2 理論分析
LV021A／B調(diào)節(jié)閥規(guī)格單如下表：
| 工藝參數(shù) | 調(diào)節(jié)閥設(shè)備參數(shù) | ||
| 介質(zhì) | NH3 | 閥門型號(hào) | 667DBQ50 |
| 介質(zhì)密度（Kg/m3） | 638.6 | 公稱通徑（in） | 2〃 |
| 操作溫度（℃） | 0 | 閥芯（in） | 3/4〃 |
| 最小流量（m3/h） | 6.19 | 流通能力（Cv） | 11.8 |
| 最大流量（m3/h） | 75.4 | 閥體等級(jí)（Lbs） | 2500#BW |
| 正常流量（m3/h） | 65 | 閥體材質(zhì) | Carbon Steel |
| 入口壓力（MPa） | 25.8 | 內(nèi)件材質(zhì) | AISI 440C |
| 工作壓差（MPa） | 17.0 | 流量特性 | EQ% |
| 關(guān)閉壓差（MPa） | 26.0 | 彈簧范圍（MPa） | 0.04-0.2 |
| 飽和蒸汽壓（MPa） | 0.438 | 調(diào)校范圍（MPa） | 0.12-0.2 |
3．2．1阻塞流判定
(1)根據(jù)調(diào)節(jié)閥規(guī)格單，查參數(shù)：FL、PC
DBQ型閥為單座流開閥，查表得FL=0.9，PC=11.45
(2)判定流動(dòng)狀態(tài)
所以，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，液態(tài)氨的流動(dòng)狀態(tài)為正常流動(dòng)，非阻塞流。
因此，流量系數(shù)的計(jì)算公式為：
式中：FL——壓力恢復(fù)系數(shù)；
C——調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)；
PC——臨界壓力(氨)(MPa)；
Q——介質(zhì)流量(m3/h)；
PV——飽和蒸汽壓(MPa)；
ρ——介質(zhì)密度(103kg／m3)；
P1——人口壓力(MPa)；
△P——工作壓差(MPa)；
△Pc——臨界壓差(MPa)。
由于C與Cν定義不同，試驗(yàn)所得的數(shù)值也不同，它們之間的換算關(guān)系為：
3．2．2 開度驗(yàn)算
考慮到實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)節(jié)閥與管道系統(tǒng)的壓降分配比的影響，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥的開度驗(yàn)算公式為：
式中：K——對(duì)應(yīng)Qi的工作開度；
s——調(diào)節(jié)閥與管道系統(tǒng)的壓降分配比；
C——調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)；
△P——實(shí)際工作壓差(MPa)；
Qi——某一開度下的介質(zhì)流量(m3／h)；
ρ——介質(zhì)密度(103kg／m3)。
對(duì)于高壓系統(tǒng)，S一般在O.1～0.3之間選取，取S=0.2。將以上參數(shù)代人開度驗(yàn)算公式計(jì)算后，得到：
在正常流量情況下，調(diào)節(jié)閥的工作開度Knom=43.5％；
在最大流量情況下，調(diào)節(jié)閥的工作開度Kmax=52.3％。
根據(jù)等百分比流量特性對(duì)數(shù)特點(diǎn)，該閥在理想狀態(tài)下，70％開度下的流量是50％左右流量的近兩倍，因此，可以說明實(shí)際生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)閥在70％開度下的實(shí)際流通量與理論流通量不符，問題的關(guān)鍵在于控制流量特性和流量系數(shù)的閥芯上。
3．3 檢修分析
(1)表1可以看出，該閥的工藝條件對(duì)其內(nèi)件的要求較高，原Fisher均選用AISI 440C硬質(zhì)不銹鋼，該材質(zhì)硬度較高，耐磨性、抗腐蝕能力較強(qiáng)，并具有良好的耐高溫性，能夠維持長(zhǎng)期運(yùn)行，在多次常規(guī)檢修中，因該閥的關(guān)閉性能要求高，每次都要對(duì)閥芯、閥座進(jìn)行光刀處理，確保其密封線完好，如圖2所示，因而，導(dǎo)致密封線左移，這就增加了控制流量特性和流量系數(shù)的閥芯頭部的長(zhǎng)度L1。因此，在同一開度下減少了流通量，為滿足工藝的生產(chǎn)要求，開度必須增大。在閥芯光刀的同時(shí)，導(dǎo)向部分有效長(zhǎng)度L2相應(yīng)地被加工縮短，當(dāng)開度增至70％左右時(shí)，如圖3所示，閥芯導(dǎo)向部分的端面行至發(fā)籠導(dǎo)向末端，在大壓差產(chǎn)生的側(cè)向力作用下，導(dǎo)致閥芯偏磨卡死。
(2)就國(guó)產(chǎn)備件而言，由于內(nèi)件材質(zhì)的選用不太合理，表面硬化處理不到位，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)新備件更換后，很短時(shí)間即出現(xiàn)導(dǎo)向部分拉毛的痕跡，易導(dǎo)致卡澀。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)備件閥芯、閥座密封線部位未作硬化處理(如表面堆焊司太立合金)，表面硬度不高，易磨損而造成內(nèi)漏，經(jīng)反復(fù)光刀后，同樣易發(fā)生上述問題。
(3)在長(zhǎng)期運(yùn)行中，在大壓差產(chǎn)生側(cè)向力的作用下，閥芯與閥籠偏磨，造成導(dǎo)向間隙加大，也是影響閥卡的一個(gè)因素。
3．4 改進(jìn)措施
通過上述分析，為了解決因LV021A／B閥卡的問題，而導(dǎo)致D1502內(nèi)液氨不能及時(shí)送出，造成D1502液位上漲，引起系統(tǒng)超壓等安全隱患。我們采取了以下措施：
(1)利用系統(tǒng)中小修或計(jì)劃?rùn)z修時(shí)機(jī)，對(duì)LV021A／B閥芯頭部按相關(guān)資料加工修正到16mm左右，閥座也要作相應(yīng)的光刀處理，以確保調(diào)節(jié)閥的流量特性與額定Cv值，以及良好的密封性能。
(2)將備件閥籠的導(dǎo)向部分延長(zhǎng)(由原來的69．4mm延長(zhǎng)至76mm)，確保閥芯在全行程范圍內(nèi)，滿負(fù)荷狀態(tài)下能有效導(dǎo)向運(yùn)行。
減小閥芯與閥籠導(dǎo)向間的配合間隙，建議采用H6／g5。
(3)合理選用內(nèi)件材質(zhì)，推薦選用AISI 440C，內(nèi)件表面必須硬化處理，其表面硬度要求達(dá)到HRC40以上，確保閥芯頭部、導(dǎo)向、閥籠導(dǎo)向及閥座密封部位的耐磨性。
(4)采取以上措施后，LV021A／B調(diào)節(jié)閥的流通能力完全能夠滿足合成系統(tǒng)的生產(chǎn)要求，未再出現(xiàn)因閥卡導(dǎo)致D1502液位控制系統(tǒng)故障的情況。
4．氣動(dòng)切換對(duì)控制系統(tǒng)的影響
4．1 現(xiàn)狀
若LV021B調(diào)節(jié)閥故障，需及時(shí)切換到LV021A閥進(jìn)行運(yùn)行，此時(shí)，只能通過現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)切換開關(guān)HS021，將送到LV021B閥的氣信號(hào)切換到LV021A閥。而在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)切換，存在著工藝、儀表切換協(xié)調(diào)困難等嚴(yán)重問題。
(1)工藝人員首先打開LV021A閥的前后截止閥，然后，儀表人員手動(dòng)切換氣動(dòng)開關(guān)，同時(shí)，對(duì)LV021B進(jìn)行人工排卸信號(hào)氣源，工藝人員手動(dòng)關(guān)閉B閥的前后截止閥。此時(shí)若切換協(xié)調(diào)不及時(shí)，導(dǎo)致高液位，[1]聯(lián)鎖動(dòng)作，會(huì)造成合成系統(tǒng)停車。
(2)儀表人員在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)切換氣動(dòng)開關(guān)時(shí)，曾發(fā)生切換不到位，導(dǎo)致A／B兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥同時(shí)不能工作，而造成合成系統(tǒng)停車的事故。因此，氣動(dòng)開關(guān)的可靠切換必須確保。
(3)即使切換中一切順利的話，A閥由關(guān)到開，B閥由開到關(guān)，或者卡死在某個(gè)位置不動(dòng)作，所導(dǎo)致的工況擾動(dòng)，使整個(gè)系統(tǒng)液位波動(dòng)過大，調(diào)整不及時(shí)，仍然可能導(dǎo)致事故。
4．2 控制系統(tǒng)的改進(jìn)
我們充分發(fā)揮DCS的優(yōu)勢(shì)，為確保LV021A／B調(diào)節(jié)閥的平穩(wěn)切換，避免協(xié)調(diào)困難等不利因素，而影響工藝生產(chǎn)，將現(xiàn)場(chǎng)的氣動(dòng)切換開關(guān)、電氣轉(zhuǎn)換器、兩臺(tái)氣動(dòng)閥門定位器取消，在LV021A／B調(diào)節(jié)閥上各裝一臺(tái)電動(dòng)閥門定位器，取消切換開關(guān)，在DCS中以獨(dú)立的兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)取代，這樣，在總控CRT上，工藝人員可以隨時(shí)監(jiān)控LV021A／B調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行情況，如圖4。正常情況下，備用調(diào)節(jié)閥輸出閥位置零，當(dāng)調(diào)節(jié)閥需要切換時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)打開備用調(diào)節(jié)閥的前后截止閥，在CRT上操作，根據(jù)工藝生產(chǎn)情況在CRT上對(duì)A、B閥門開度進(jìn)行調(diào)整即可，一開一關(guān)，直至原在用調(diào)節(jié)閥閥位全關(guān)，備用調(diào)節(jié)閥達(dá)到需要的開度。在切換過程中，現(xiàn)場(chǎng)液位可以在DCS上監(jiān)控，從而避免了過去工藝人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行閥門切換而看不到閥位以及總控與現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)等諸多不便，確保了安全穩(wěn)定生產(chǎn)。
5．小結(jié)
分析了影響D1502液位控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥故障和氣動(dòng)切換開關(guān)切換協(xié)調(diào)兩方面的因素，提出了液位控制調(diào)節(jié)閥內(nèi)件的處理措施，取消現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)切換開關(guān)，并以氣動(dòng)改電動(dòng)，在DCS上實(shí)現(xiàn)了LIC021A／B系統(tǒng)互備，在CRT上進(jìn)行軟手動(dòng)切換操作，極大地方便了工藝操作，提高了該系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，從而確保了D1502液位控制系統(tǒng)的安穩(wěn)運(yùn)行。
天沃-法蘭式球閥，與您資料共享！
