减温减压装置系统中调节阀和控制阀的选型介绍？减压器
减温减压装置调节阀，属阀门结构技术领域,其特征是,包括设有液流进出口的阀体以及安装在阀体上部的阀盖,阀体内设有液流调节机构,液流调节机构包括设在液流进出口内的圆筒式阀座,设在阀座上方的均流罩,均流罩下部设有多个几何状流道孔，均流罩内设有圆筒式阀芯,阀芯项端联接阀杆。新型能实现多级节流,防止冲蚀的发生,利用几何状流道孔损失声源的传导,能提供15分贝的衰减,达到降低噪声的效果,并延长了使用寿命,可比一般的减温减压阀延长使用时间3～4倍。
一种减温减压装置调节阀,包括设有液流进出口的阀体以及安装在阀体上部的阀盖,阀体内设有液流调节机构,其特征在于：液流调节机构包括设在液流进出口内的圆筒式阀座,设在阀座上方的均流罩,均流罩中下部设有多个几何状流道孔,均流罩内设有可上下移动的圆筒式阀芯,下移的阀芯与阀座成锥面接触,阀芯顶端联接使其上下移动的阀杆。
工艺条件及改造前的工艺状况在用蒸汽的工艺生产中，有一台关键设备为减温减压器,该设备将锅炉生产的蒸汽(在不通过汽轮机发电的情况下)从2.48ｍｐａ,430℃,减温减压到0.35ｍｐａ,170℃,以满足公司其他用汽单位的需求。该减温减压器上的减压阀和减温水分配阀为该减温减压器厂配套的,型号为ｙ45ｙ100ｄｎ150双座减压阀和ｊｆ61ｈ100ｄｎ32给水分配阀。
自公司生产以来,该设备连续运行了4年多,基本上能满足公司生产的要求。但我们也发现该设备存在一些问题,主要表现在如下几方面。
1)减压阀的泄漏量大,特别是在蒸汽通过汽轮机发电的情况下,该减温减压装置的减压阀应该是完全关死的。但由于双座阀本身的结构和产品质量等问题,该阀门在全关位置时仍有较大的蒸汽泄漏量,造成了不必要的能源损耗,增大了生产成本。
2)调节范围小。从双座阀的调节特性可知,该阀的调节范围比较小。
根据工艺的实际操作情况,在锅炉小负荷运行时(产蒸汽在10ｔｈ时),该减压阀无法完成对蒸汽压力的调节,即在蒸汽流量小于10ｔｈ时,无法对蒸汽压力进行调节。
3)控制精度低,稳定性差。减温减压装置中减压阀和减温阀的控制采用的是带伺服放大器角行程电动执行机构,执行机构与阀杆的连接采用的是杠杆;伺服放大器的型号过于陈旧,平衡和稳定度的调节过于复杂,由于用于伺服放大器和反馈板上的电子元器件未经工业化处理,对环境的要求也较高,在高温和粉尘环境中工作不稳定;执行机构与阀体的连接设计不合理,多支点的杠杆连接方式虽然满足了将角行程电动执行机构输出力的放大,但由于杠杆各连接点存在较大的机械缝隙,无法满足整个控制系统对控制精度及控制稳定性的要求。因此这两台阀的控制精度和控制稳定性均较差,无法满足投自动的要求,自生产开车以来一直处于手动和现场操作状况,控制精度低。
4)日常维修量大,工艺操作困难。由于该控制系统上的设备在当时选型时均有一定的缺陷,因此在实际运行时总是存在一些问题,每周均有2～3次的维修,而且自开始生产以来就未投过自动,增加了工艺操作人员的操作难度。
为了解决上述问题,更好地满足工艺安全生产的要求,我们决定对该减温减压器上的减压阀和减温水分配阀及其控制系统进行改造。根据工艺的要求及目前的生产状况,该两台阀应满足如下的工艺生产条件。
1)蒸汽减压控制阀工艺管径:150ｍｍ(ｄｎ150,ｐｎ10)介质:蒸汽温度(最高):430℃流量:20ｔｈ进口压力:2.45ｍｐａ出口压力:0.35ｍｐａ配电动执行机构:电源为220ｖａｃ50ｈｚ输入信号:4～20ｍａ阀位反馈信号:4～20ｍａ执行机构上带手动开关手柄或手轮.
2)减温水阀工艺管径:32ｍｍ(ｄｎ150,ｐｎ10)介质:水温度:108℃流量:ｑｍｍａｘ2500ｋｇｈ进口压力:3.0ｍｐａ出口压力:0.4ｍｐａ配电动执行机构:电源为220ｖａｃ50ｈｚ输入信号:4～20ｍａ阀位反馈信号:4～20ｍａ执行机构上带手动开关手柄或手轮根据以上的工艺条件,我们将控制阀和执行机构分开选型,首先确定执行机构,然后再选控制阀,再由控制阀的供货商提供成套。电动执行机构的选型根据工艺运行的需要及工艺人员的要求,决定此控制阀选用电动执行机构。
环境温度目前该公司正在运行的减温减压器附近的环境温度:离阀座10ｃｍ处的温度约220℃,在此点再上移15ｃｍ处的温度为72℃,而目前所用的电动执行机构处的温度为56℃。根据我们这几年使用ｋｏｓｏ的经验,ｋｏｓｏ对环境温度的要求是小于60℃,但在57℃左右时,此电动机构即出现工作不正常的情况。因此,ｋｏｓｏ的电动执行机构不能用于此减温减压器上,而ａｕｍａ及ｒｏｔｏｒｋ的工作范围为-25～80℃,且ａｕｍａ还有一种高温型的,可将适用环境温度范围扩展为0～120℃,因此选用-25～80℃的普通型即可。
输出力柜目前该公司20ｔｈ减压阀上的伺服电机额定输出力柜为250ｎ·ｍ,但在给减压阀出力时应用了一个杠杆,将此力放大了6倍(现场杠杆力臂分别为65ｃｍ比11ｃｍ)。这样对此减压阀的输出力矩实际上在1500ｎ·ｍ左右,而从表1中可以看出,1500ｎ·ｍ的力矩输出对ｋｏｓｏ电动执行机构已是上限了,因此只有ａｕｍａ及ｒｏｔｏｒｋ可以。
应用情况ａ)ｋｏｓｏ电动执行机构在我公司电站已有较多的应用,在较低的环境温度(53℃以下),小力矩输出(500ｎ·ｍ以下)的条件下使用情况较好,维修量也较少,这几年的运行也较满意。
该公司的维修人员具有对ａｕｍａ电动执行机构使用及维修的经验,据维修人员反映,此执行机构在用了十几年后,均能一直很好地工作,维修量极少,建议我们也用此电动执行机构。ｃ)ｒｏｔｏｒｋ执行机构在兄弟单位有应用,该厂的电站有几台控制阀也是用ｒｏｔｏｒｋ的电动执行机构,使用了一年多一直很好,几乎没有维修量。ｄ)在性能价格比方面经比较,若将ａｕｍａ的价格定为1ａ,则ｋｏｓｏ的价格为(0.3～0.4)ａ,而ｒｏｔｏｒｋ的价格为(1.2～1.3)ａ,基于上叙理由,我们决定采用ａｕｍａ公司的电动执行机构。
控制阀选型由于控制阀的选型涉及到的因素较多,考虑的因素也很复杂,涉及到多个专业,有些因素怕考虑不到,而且此设备对该公司既关键又投资高,因此在选择供货商时,约定下了如下原则。
直接同生产厂家或厂家的办事处联系,此点主要是从技术支持上考虑。
必须是世界上有名的且在此方面有较优良的生产及服务业绩的大生产厂家,此点主要从产品质量和信誉上考虑。
阀在工作时对执行机构出力的要求单座阀由于本身设计原理和结构上的原因,在大差压的情况下会产生巨大的不平衡力,具体到该公司的工艺条件下,如果按工艺条件:即6″(150ｍｍ)阀及21ｋｇｃｍ2(21ｍｐａ)的差压,所产生的不平衡力约为1854.6ｋｇｆ(1ｋｇｆ=9807ｎ,下同),考虑15%左右的余量,至少也在2100ｋｇｆ左右。此点在的计算书中已体现出来,他们计算出来的推力在18.8ｋｎ左右,而也说到此不平衡力,但在的计算书中没有表述出来。由于电动执行机构出力要大于此不平衡力才能关闭阀,因此电动头的功率要较大,而且单相220ｖａｃ的电机已满足不了此要求,必须要三相380ｖ的电机才能产生此巨大推力。在的计算书中已考虑了此问题,他们采用三相380ｖ电源。由于要求电机产生的推力大,因而电机功率也要大,对电动执行机构的要求也高,因而价格也较贵,此点和的报价均有体现。由于采用ｔｏｐ5系列的球阀,因此ｎｅｌｅｓ报价中非常巧妙地避开了此难题。电动头提供的是力矩,比直接作用在阀上的推力要小得多,经他们计算,认为只需80ｎ·ｍ的扭力即可,这样电动执行机构输出的力就小得多。电动头的价格要低,整体价格自然也就有竞争力了。
控制阀噪声与汽蚀在控制阀的选型中,另一个重要的要考虑的问题是噪声及汽蚀。特别是介质为高温高压的蒸汽。控制阀的前后差压愈大,介质流速就愈大;流速愈大,则产生的噪音就愈大；噪声愈大,对阀芯和阀内件的破坏也愈大。噪声产生后,不仅严重伤害阀芯和阀内件,严重时还能对阀下游的工艺管道引起共振,严重影响工艺的正常生产;另外噪音对工人的健康也产生极大的危害。此外,伴随着噪音的产生,还会有汽蚀、闪蒸等一系列问题出现。这些将严重影响控制阀的工作质量及稳定性,更会大大地缩短此阀的使用寿命。就我们所选的控制阀,如果采用单座阀(即及阀型),在目前的工艺条件下,经计算此类阀产生的噪声可达113ｄｂａ,其中阀可选减噪声的附件,最多可减去17ｄｂａ,即在96ｄｂａ左右。在的计算书中,对噪声有专项计算。由于所选的ｔｏｐ5系列控制阀的阀内件采用了很好的降噪及消除汽蚀内件,即ｑｔｒｉｍ降噪件,其结构如图1所示。图1内件的结构从图1中可了解到,该阀的球芯上已做成了多孔多级的网状结构,该结构本身即符合降噪(即逐级降压)原理,因此具有良好的降噪功能。同时该结构与通常的球阀已有本质的区别,除继承了球阀的基本特点:如紧密的关闭、全通径高流量、内阻小等外,还有如下特点:低噪声、高调节比、调节稳定和调节范围内无工作死区和迟滞带等。由于具有这些特点,因而提高了该阀的调节特性,如良好的等百分比特性。除采用具有降噪功能的ｑｔｒｉｍ内件外,为了更好地达到降噪要求,该阀在出口处又加了一块降噪音衰减板。具体到生产的工艺条件下,此阀的噪声控制得非常好(加降噪音衰减板具体结构如图2所示)。图2此外,对其他更苛刻的工艺条件的降噪,该阀还可在ｑｔｒｉｍ内件和噪音衰减板之间再加一个降噪器,具体结构如图3所示。这样在一台阀上可实现三级降噪;因此从该阀的结构上看,已具备了非常好的降噪特点。
根据工艺条件,只用了两级降噪即满足了降噪要求。在该公司工艺条件下,此阀所产生的噪声最大为91.85ｄｂａ,而且根据工艺指标,在3种典型工艺条件下(流量分别为20,15,4ｔｈ,其他条件不变)。噪声分别为91.85,89.94,81.64ｄｂａ。根据该公司的生产状况,流量正常一般为15ｔｈ左右,此时噪音为89.94ｄｂａ,只需在阀体外稍加保温措施,即可达到噪音在85ｄｂａ以下,从而达到国家的有关标准。在3个厂家的选型中,所选的系列阀的噪音控制是最好的,很好地解决了在大差压中产生噪声的问题,为此阀今后的使用状况及使用寿命,打下了良好的基础。
调节特性3家公司均对所选型号阀的调节特性做了说明,即等百分比调节。但的计算书中,对该公司的工艺条件中的3个最具代表性的工艺流量点,即20,15,4ｔｈ所对应的调节点进行了计算,分别对应:59.67%,49.02%,16.38%,即在等百分比调节特性曲线中的16%～60%之间。从等百分比特性曲线中我们可以了解到在15%～75%之间,调节特性是最为理想的。
改造后的工艺状况经过充分的准备和安排,该公司减温减压改造按计划年底停车检修时如期进行。在将两台阀改造的基础上,还对阀的控制系统进行了改造,去掉了伺服控制系统,改在控制室内加装强制手动的手操器,自动控制则采用ｄｃｓ,在控制室的操作盘的手操器上,可实现手动自动切换。手动时由手操器上进行操作,自动时由ｄｃｓ系统来执行控制。此外在该阀的现场,该ａｕｍａ执行机构上还有手动摇轮,可实现在现场进行人工调节。因此在控制上更加可靠,工艺操作更加灵活。经过上述改造,在随后的生产中,该减温减压器在运行中表现出了良好的工况,具体表现在如下几个方面。
1)在使用汽轮机发电的情况下,该蒸汽控制阀关闭时能完全关死,没有泄漏现象,减少了能量损失,降低了生产成本。
2)调节特性有了明显的改善,改造前在10ｔｈ蒸汽流量的情况下,减压控制阀没有调压能力,改造后即使在蒸汽流量只有6ｔｈ的情况下,该减压阀均能将出口蒸汽压力很好地控制在0.35ｍｐａ±0.02ｍｐａ的范围内,更好地满足了生产的需求。
3)改造后,该阀的噪声控制良好,在没有保温的条件下,流量在15ｔｈ时,离该阀0.5ｍ处测得的噪声为89.2ｄｂａ;在加上保温后,离该阀0.5ｍ处测得的噪声为83.8ｄｂａ,完全达到了当时选型要求的降噪目标。
4)控制特性有了极大的提高,由于电动执行机构本身即带有4～20ｍａ的阀位反馈输出,且传动为紧凑的齿轮结构,又加上我们将自动控制改由ｄｃｓ来执行,因此大大地提高了控制精度。同时控制的可靠性和稳定性也得到了极大的改善并在改造完成后即很顺利地投上了自动,控制效果非常好,减轻了操作人员的操作难度,提高了控制效率,较好地解决了自开车生产以来就遗留下来的生产难题。
5)改造后,维修量极大地减少,到目前为止系统已稳定可靠地运行了两年多,还没有对该系统及执行机构进行过任何维修,工艺对改造后的结果非常满意。