提示：本文通過對調節(jié)閥的原理、流量特性、結構類型的闡述，介紹了三通調節(jié)閥在藍星0kt/a有機硅單體工程項目中的應用。
1 控制閥的節(jié)流原理
從流體力學的觀點看，控制閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，對不可壓縮流體，由伯努利方程可以求得通過控制閥的流體流量，如式（1）：
式中 qV———體積流量；
p1———閥前壓力；
p2———閥后壓力；
A———節(jié)流面積；
ξ———控制閥的阻力系數(shù)；
ρ———流體的密度。
由式（1）可見，當A一定，p1–p2不變時，qV僅隨控制閥阻力系數(shù)的變化而變化：若ξ減小，則qV增大；反之，若ξ增大，則qV減小。控制閥就是根據(jù)控制信號的大小和方向改變閥芯的行程來改變閥的阻力系數(shù)，以達到調節(jié)流體流量的目的。
式中C———控制閥的流通能力。
C的定義：溫度為5～40℃的水，當控制閥全開，閥兩端的壓差為0.1MPa，每小時流經(jīng)控制閥的流量數(shù)（m3/h）。控制閥流量系數(shù)將由C系列變?yōu)镵V系列。C和KV之間的關系為：KV=1.01C。
2 控制閥的流量特性
指介質流過控制閥的相對流量與控制閥的相對開度之間的關系，如式（2）所列。
qV/qVmax=f（l/lmax）（2）
式中qV/qVmax———相對流量，即控制閥某一開度下的流量與全開流量之比；
l/lmax———相對開度，即控制閥某一開度下的行程與全開時行程之比。
一般來說，改變控制閥的閥芯與閥座之間的節(jié)流面積便可調節(jié)流量，但實際上由于各種因素的影響，在節(jié)流面積變化的同時，還會發(fā)生閥門前后壓差的變化，而壓差的變化也會引起流量的變化。因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性。
該反應系統(tǒng)是在銅催化劑作用下，以硅粉和氯甲烷為生產(chǎn)原料，在流化床反應器中直接合成粗甲基氯硅烷混合含塵氣體，利用一級旋風除塵器除塵后，合成氣進入后續(xù)系統(tǒng)中凈化分離，最終生成甲基單體。
每周期開車前，先用導熱油對流化床反應器硅粉床層升溫，來自反應器粉料氣流輸送機的干燥粉料，以及來自氯甲烷氣體過熱器的過熱氯甲烷氣體，被導熱油預熱到合成反應開始的溫度，在銅催化劑催化條件下，使氯甲烷與硅粉進行合成放熱反應。放熱產(chǎn)生的熱量被導熱油帶出，用于產(chǎn)生中壓飽和水蒸汽。
反應器的導熱油加熱結構分兩部分，反應器外部為半管夾套，保證外部熱量分布均勻；反應器內部為指型管加熱，指型管均勻分布使傳熱均勻，反應器開車升溫及正常反應冷卻采用導熱油提供和帶走熱量，回收反應熱用以副產(chǎn)中壓蒸汽。
開車階段，流化床反應器（R-201）需進行升溫時，先向反應導熱油罐（D-801）注入一定量的導熱油，開啟反應導熱油泵，將導熱油送進流化床反應器內部的指型循環(huán)管和外部的半管夾套，進行流化床反應器的床層升溫。返回D-801降溫后的導熱油，再次進行循環(huán)加熱。當流化床反應器的床層溫度達到指定值時，通入過熱氯甲烷開始正常生產(chǎn)。正常生產(chǎn)時，用導熱油吸收合成反應放出的熱量。導熱油進反應器時的溫度為250℃，出反應器時的溫度升到260℃。導熱油出反應器后直接進入反應導熱油罐，與反應導熱油泵旁路返回的導熱油混合。
反應導熱油泵把加熱后的導熱油經(jīng)三通閥（TV-418021A），一部分送到廢熱鍋爐（E-801）；另一部分進入流化床反應器（R-201）。兩部分的流量是由三通調節(jié)閥的閥芯同步反向調節(jié)三通閥的A、B出口的開度來分配，這種流量調節(jié)方式無節(jié)流，流阻小，作用在閥上的壓力相對較小，不會對泵產(chǎn)生背壓，使導熱油泵的導熱油流量保持恒定。若流化床反應器的溫度發(fā)生變化，溫度信號經(jīng)控制系統(tǒng)進行運算，控制三通閥的執(zhí)行機構帶動該閥的閥芯動作，從而改變了三通閥的A、B口的開度，達到調節(jié)流量的目的。假設R-201溫度偏高，TIC-418023調節(jié)器將起作用：一是加大進入到R-201中的導熱油流量，以移走R-201中更多的熱量，使溫度降下來。同時，TIC-418023還要改變調節(jié)器TIC-2418021的設定值，使其輸出變化，從而改變三通閥 TV-418021A/B閥門的開度———首先加大進入E-801的流量，利用E-801降低進入的導熱油的溫度，從而降低R-201的溫度，在E- 801中，利用被加熱的導熱油的熱量，生產(chǎn)1.0MPa（G）的飽和蒸汽，換熱后的導熱油直接進入反應器；如果出E-801的導熱油溫度偏高，即此時R- 201的溫度還繼續(xù)偏高，則利用導熱油冷卻器（E2802）處的三通閥（TV-418021B），將導熱油轉向旁路去導熱油冷卻器，E-802用循環(huán)冷卻水冷卻，即改變三通閥TV-418021B的B出口，進入E-802的油量加大，E-802冷卻后的導熱油與經(jīng)TV-418021A的主流導熱油在靜態(tài)混合器中充分混合后去流化床反應器，便更多地降低導熱油的溫度，最終能用導熱油移走R-201中更多熱量，使R-201的溫度回到設定值上。由三通控制閥（FV-418021）定量控制的導熱油進流化床反應器半管夾套管，余下的導熱油去流化床反應器內部指型循環(huán)管束。
在有機硅單體的生產(chǎn)過程中，反應部分是非常關鍵的，反應器控制得好與壞將直接影響到最終產(chǎn)品———甲基單體的產(chǎn)量和質量。由于甲基單體合成的反應為放熱反應，合成反應的操作溫度需控制在300℃左右，因此及時把多余的熱量移走，才能保證反應的順利進行。鑒于該反應控制的重要性和關鍵性，對反應器的控制采用了反應靈敏、調節(jié)速度快且控制性能穩(wěn)定，同時又不是非常復雜的串級調節(jié)系統(tǒng)。以反應器溫度（TT-418023）作為主調參數(shù)，反應器入口的導熱油溫度（TT-418021）作為副調參數(shù)，2臺三通控制閥（TV-418021A/B）作為副環(huán)的被調對象，當導熱油流量、溫度發(fā)生變化，TT-418021 引起波動，副調節(jié)器TIC-418021）立即進行調節(jié)，通過TV-418021A/B的開度變化，改變至廢熱鍋爐及導熱油冷卻器的導熱油量來達到不影響到反應器溫度的目的。如果導熱油流量、溫度變化很大，影響到反應器入口溫度（TT-418021）及反應器溫度（TT-2418023）的變化，這時主調節(jié)（TIC-418023）的輸出開始發(fā)生變化，對副調節(jié)器（TIC-418021）來說，它將接受給定值與測量值兩方面的變化，從而加速了調節(jié)過程，但此調節(jié)過程依然通過改變TV-418021A/B的開度實現(xiàn)。除了上述通過串級控制回路來控制流化床反應器的溫度外，還由反應導熱油泵的回流流量來調節(jié)，加快了調節(jié)進程。
綜上所述，在反應導熱油控制系統(tǒng)中采用了3臺三通控制閥，可以省掉3臺二通閥和3臺三通接管，既能簡單、有效地進行控制，根據(jù)反應器所需的熱量進行流量分配，同時又能保證半管夾套及指型管內的流量穩(wěn)定，使整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)，完全滿足工藝要求。
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