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)過兩級氨冷器降溫后，在D1502中進行液氨分離，分離出來的成品氨送尿素裝置做原料或送氨庫。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高壓缸出口的新鮮氣一道送K1502循環(huán)壓縮機進行升壓，再送到合成塔進行合成。因此，D1502液位控制系統(tǒng)運行的可靠性直接影響到整個合成系統(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，會引起系統(tǒng)超壓，嚴重時造成氣相帶液，損壞K1502循環(huán)段壓縮機。一般情況下，自動脫扣裝置將使壓縮機隔離，保護設(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)測系統(tǒng)必須確保靈、準(zhǔn)、穩(wěn)。
原監(jiān)測系統(tǒng)采用兩臺液位測量變送器，信號送總控，用于液位控制與顯示。同時設(shè)有液位浮筒開關(guān)，帶[1]聯(lián)鎖，高液位時動作，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Fishet 公司的DBQ型單座氣開式調(diào)節(jié)閥LV021A／B進行并聯(lián)互備，該閥具有Ⅳ級以上泄漏等級，密封可靠，動作流暢。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閥進行運行。此時，只能通過切換現(xiàn)場氣動切換開關(guān)HS021，將送到LV021A閥的氣信號切換到LV021B閥，以維持生產(chǎn)。
3．調(diào)節(jié)閥對控制系統(tǒng)的影響
3．1 現(xiàn)狀
LV021A／B閥在運行中經(jīng)常卡死在70％左右的閥位上，無法調(diào)節(jié)，造成D1502液位上漲，引起系統(tǒng)超壓，[1]高液位聯(lián)鎖動作，合成系統(tǒng)停車。嚴重時氣相帶液，損壞K1502循環(huán)段壓縮機?；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)，即對原閥芯導(dǎo)向部分對開兩道均壓槽，確保閥芯在運行中滿足均壓。同時，更換了備件閥籠，經(jīng)過檢查測試，完全沒有效果(南京廠正常生產(chǎn)時該閥的開度僅在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 | 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（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)判定流動狀態(tài)
所以，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，液態(tài)氨的流動狀態(tài)為正常流動，非阻塞流。
因此，流量系數(shù)的計算公式為：
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 開度驗算
考慮到實際生產(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)閥的開度驗算公式為：
式中：K——對應(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)代人開度驗算公式計算后，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數(shù)特點，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，可以說明實際生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)閥在70％開度下的實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，并具有良好的耐高溫性，能夠維持長期運行，在多次常規(guī)檢修中，因該閥的關(guān)閉性能要求高，每次都要對閥芯、閥座進行光刀處理，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，導(dǎo)向部分有效長度L2相應(yīng)地被加工縮短，當(dāng)開度增至70％左右時，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)致國產(chǎn)新備件更換后，很短時間即出現(xiàn)導(dǎo)向部分拉毛的痕跡，易導(dǎo)致卡澀。同時，國產(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)在長期運行中，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因素。
3．4 改進措施
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)中小修或計劃檢修時機，對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(由原來的69．4mm延長至76mm)，確保閥芯在全行程范圍內(nèi)，滿負荷狀態(tài)下能有效導(dǎo)向運行。
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．氣動切換對控制系統(tǒng)的影響
4．1 現(xiàn)狀
若LV021B調(diào)節(jié)閥故障，需及時切換到LV021A閥進行運行，此時，只能通過現(xiàn)場氣動切換開關(guān)HS021，將送到LV021B閥的氣信號切換到LV021A閥。而在現(xiàn)場進行手動切換，存在著工藝、儀表切換協(xié)調(diào)困難等嚴重問題。
(1)工藝人員首先打開LV021A閥的前后截止閥，然后，儀表人員手動切換氣動開關(guān)，同時，對LV021B進行人工排卸信號氣源，工藝人員手動關(guān)閉B閥的前后截止閥。此時若切換協(xié)調(diào)不及時，導(dǎo)致高液位，[1]聯(lián)鎖動作，會造成合成系統(tǒng)停車。
(2)儀表人員在現(xiàn)場手動切換氣動開關(guān)時，曾發(fā)生切換不到位，導(dǎo)致A／B兩臺調(diào)節(jié)閥同時不能工作，而造成合成系統(tǒng)停車的事故。因此，氣動開關(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)，或者卡死在某個位置不動作，所導(dǎo)致的工況擾動，使整個系統(tǒng)液位波動過大，調(diào)整不及時，仍然可能導(dǎo)致事故。
4．2 控制系統(tǒng)的改進
我們充分發(fā)揮DCS的優(yōu)勢，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)場的氣動切換開關(guān)、電氣轉(zhuǎn)換器、兩臺氣動閥門定位器取消，在LV021A／B調(diào)節(jié)閥上各裝一臺電動閥門定位器，取消切換開關(guān)，在DCS中以獨立的兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)取代，這樣，在總控CRT上，工藝人員可以隨時監(jiān)控LV021A／B調(diào)節(jié)閥的運行情況，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，現(xiàn)場打開備用調(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A、B閥門開度進行調(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)閥達到需要的開度。在切換過程中，現(xiàn)場液位可以在DCS上監(jiān)控，從而避免了過去工藝人員在現(xiàn)場進行閥門切換而看不到閥位以及總控與現(xiàn)場協(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)場氣動切換開關(guān)，并以氣動改電動，在DCS上實現(xiàn)了LIC021A／B系統(tǒng)互備，在CRT上進行軟手動切換操作，極大地方便了工藝操作，提高了該系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，從而確保了D1502液位控制系統(tǒng)的安穩(wěn)運行。
天沃-法蘭式球閥，與您資料共享！
