介紹了福建PX裝置改造主要工藝改造內(nèi)容，結(jié)合相關(guān)管線的嚴(yán)苛工況，分析了閃蒸和氣蝕的特點(diǎn)，從調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式分類、閥門材質(zhì)的抗腐蝕性選擇、調(diào)節(jié)閥的流量特性指標(biāo)、閥門流量動作的選擇(流開或流關(guān))，閃蒸和氣蝕引起的噪音的減少，以及閥后流速對調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的影響等方面，探討了調(diào)節(jié)閥的選型指標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，調(diào)節(jié)閥的選型是合理和成功的。

　　福建聯(lián)合石油化工有限公司原有1套70萬t/a芳烴聯(lián)合裝置，該裝置以直餾重石腦油、加氫裂化重石腦油以及乙烯裂解汽油為原料，生產(chǎn)對二甲苯和苯等芳烴產(chǎn)品，為充分發(fā)揮煉油化工一體化的優(yōu)勢，綜合利用煉油和乙烯的芳烴資源，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和產(chǎn)品的升值。利用裝置原有條件，依托老廠對PX裝置進(jìn)行節(jié)能改造(以下簡稱PX裝置改造)。

1、PX裝置改造主要內(nèi)容

　　連續(xù)重整裝置改造后規(guī)模增加20%；二甲苯塔和重芳烴塔更換成高效塔盤；甲苯歧化反應(yīng)部分提高反應(yīng)空速，降低氫/油比，以滿足改造要求；歧化補(bǔ)充氫壓縮機(jī)由一操一備改為兩臺同時(shí)操作滿足擴(kuò)能后要求；苯-甲苯分餾裝置的苯塔、甲苯塔規(guī)模加大，更換為高效塔盤等。工藝條件與原PX裝置相比，嚴(yán)苛工況更加多一些。

2、影響調(diào)節(jié)閥選型的工況

　　2.1、嚴(yán)苛工況

　　1)工藝介質(zhì)較特殊。①管線中的工藝介質(zhì)具有濃濁漿狀、粘度高、有腐蝕性或者含有懸浮特及顆粒狀物質(zhì)等。②在PX裝置改造中，需改造介質(zhì)為燃料氣的部分管線。燃料氣介質(zhì)特點(diǎn)為：內(nèi)含固體顆粒，容易堵塞閥門；且介質(zhì)中含硫，有腐蝕性。在閥門選型時(shí)，需要特別考慮。

　　2)工藝條件苛刻。此次PX改造項(xiàng)目的苛刻工況，更多情況下為流體介質(zhì)并不特殊，但工藝條件比較苛刻，比如流速大、壓力大、管徑小、閥門前后壓差大、易產(chǎn)生閃蒸和氣蝕、出現(xiàn)閥后氣液兩相流的情況等。這些工藝參數(shù)經(jīng)計(jì)算以后，噪音等各項(xiàng)選型指標(biāo)超標(biāo)，影響調(diào)節(jié)閥口徑和開度的選擇，有些甚至影響調(diào)節(jié)閥的壽命。

　　2.2、閃蒸和氣蝕的產(chǎn)生原因和危害

　　在調(diào)節(jié)閥選擇和計(jì)算中，最重要的影響因素是閃蒸和氣蝕現(xiàn)象。

　　2.2.1、產(chǎn)生原因

　　如圖1所示，當(dāng)壓力為P1的液體流經(jīng)閥門時(shí)，流速突然急劇增加，而靜壓力驟然下降，當(dāng)閥后壓力P2達(dá)到或者低于該液體所在情況下的飽和蒸汽壓時(shí)，部分液體產(chǎn)生氣化，形成氣液兩相共存的現(xiàn)象，在液體中產(chǎn)生空腔(氣泡)，這就是氣蝕的第一個(gè)階段。從離開閥門的下游開始，液體磨擦引起流體減速，其結(jié)果使流體截面和壓力都增加，這種速度與壓力頭之間的能量反向轉(zhuǎn)換稱之為“壓力恢復(fù)”。由于在閥門處減少到蒸氣壓所形成的氣泡在壓力增加的下游不可能存在，就會擠壓破裂而恢復(fù)形液體狀態(tài)。至此，氣蝕過程完成。如果下游配管系統(tǒng)的壓力正好相當(dāng)于或小于入口的蒸汽壓，繼續(xù)流入下游流體的蒸汽百分比會不斷增加，流體速度持續(xù)增長其結(jié)果將產(chǎn)生閃蒸而不是氣蝕。

圖1 沿液流方向通過閥門各點(diǎn)的壓力和速度圖線

1-壓力；2-速度；3-飽和蒸汽壓力；4-閥后摩擦導(dǎo)致流體減速；5-閥后摩擦導(dǎo)致壓力增加

　　由此可見，閃蒸是一種工藝系統(tǒng)現(xiàn)象，在調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)上無法解決；而氣蝕可通過調(diào)節(jié)閥及其各個(gè)附件的選擇，將一次性降壓改為分級降壓，來減小甚至避免該現(xiàn)象。

　　2.2.2、危害

　　在氣蝕過程中，氣泡破裂時(shí)所有能量集中在破裂點(diǎn)上，產(chǎn)生巨大的沖擊力，足以嚴(yán)重地沖擊損傷閥座、閥芯、閥體。在高壓差的場合中，即使加硬過的閥芯閥座，除調(diào)節(jié)閥本身，甚至其相鄰管道也會被沖擊力損壞。閃蒸和氣蝕還會造成噪音和振動，使調(diào)節(jié)閥無法控制，閥芯閥座變形損壞。

3、調(diào)節(jié)閥選型參數(shù)

　　3.1、結(jié)構(gòu)形式

　　1)直通單座閥。單座調(diào)節(jié)閥閥體內(nèi)有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座，具有關(guān)閉嚴(yán)密、泄漏量小的特點(diǎn)。但該閥閥芯所受不平衡力大，其允許壓差較小，適用于中小口徑的閥門。這類調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格較便宜，應(yīng)用廣泛，是PX裝置改造中不可或缺的一類閥門。但其閥體流路較復(fù)雜，不適用于含有懸浮物及顆粒物的介質(zhì)。

　　2)偏心旋轉(zhuǎn)閥。偏心旋轉(zhuǎn)是一種角行程閥門，它結(jié)構(gòu)緊湊，閥體流路簡單，阻力小，且密封性好。這類閥門常用于高流通量、調(diào)節(jié)范圍大的介質(zhì)，也常適用于PX裝置改造項(xiàng)目。流經(jīng)含有固體顆粒且有腐蝕性、直通調(diào)節(jié)閥不適用的燃料氣介質(zhì)的管線，改造更新時(shí)，選擇偏心旋轉(zhuǎn)閥。同時(shí)，該裝置中很多要求密封性好的大口徑管線，也都選用該種閥門。但其抗氣蝕能力和降噪能力低于直通調(diào)節(jié)閥。

　　3.2、閥門材質(zhì)

　　由于PX裝置改造中的燃料氣介質(zhì)含硫，閥門的閥體、閥蓋及閥內(nèi)件材質(zhì)需要進(jìn)行NACEMRO175規(guī)定的防腐處理，且填料需采用雙層填料。但由于填料采用了雙層，其比單層填料的摩擦力會大一些，閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力要求會變大，這點(diǎn)在閥門選型的時(shí)候需要特別注意。

　　在關(guān)鍵場合的閥門，閥內(nèi)件需要加硬，以便延長閥門壽命。如流體介質(zhì)含有固體顆�；�?yàn)楦�蝕性流體、高差壓[壓差大于0.7MPa(表)]、管路等級規(guī)定要求、介質(zhì)為高壓蒸汽、鍋爐給水等場合，閥內(nèi)件材質(zhì)皆需要司鈦萊硬質(zhì)合金316SS或其他類似硬化處理。

　　而在有可能產(chǎn)生閃蒸和氣蝕的場合，閥芯更應(yīng)該采用相應(yīng)的材質(zhì)和處理方法。閃蒸在設(shè)計(jì)上無法解決，需要加固閥芯，增強(qiáng)對此現(xiàn)象的抵抗力。而氣蝕現(xiàn)象，則可以通過選擇防氣蝕閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)，如迷宮閥等，分級降壓、多級減壓，合理分配壓降，減少氣蝕發(fā)生的可能性。

　　3.3、流量特性

　　調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與相對位移(閥門的相對開度)之間的關(guān)系。閥門的流量特性常用的有等百分比特性和線性特性。等百分比流量特性也稱為對數(shù)流量特性，它是指單位相對位移變化所引起的相對流量變化與此點(diǎn)的相對流量成正比關(guān)系，即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對流量的增大而增大。等百分比特性調(diào)節(jié)閥最小流量開度應(yīng)大于20%，正常流量開度應(yīng)小于80%，最大流量開度不應(yīng)超過90%。等百分比特性在開度小時(shí)，閥門放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)；30%以上開度調(diào)節(jié)時(shí)，特性好，放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效。

　　線性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移成直線關(guān)系，即閥門的放大系數(shù)是一個(gè)常數(shù)。線性特性調(diào)節(jié)閥最小流量開度應(yīng)大于10%，正常流量開度不應(yīng)超過60%，最大流量開度不應(yīng)超過80%。線性特性在30%以下開度流量調(diào)節(jié)時(shí)，更具有優(yōu)勢。開度小時(shí)，線性調(diào)節(jié)靈敏度高且震蕩比等百分比調(diào)節(jié)震蕩小，因而調(diào)節(jié)速度快；但大開度時(shí)，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。有些閥門由于結(jié)構(gòu)或所帶附件的要求，只能選擇其中一種調(diào)節(jié)特性。如帶降噪籠的調(diào)節(jié)閥，一般選用線性流量特性。

　　3.4、閥門流量動作

　　閥門流量動作(流開和流關(guān))的選擇，主要從介質(zhì)對閥芯的沖擊方面考慮。

　　流開閥門：正常狀態(tài)下流體流動方向有開閥門的趨勢，關(guān)閉閥門所需要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力較大。小流量調(diào)節(jié)時(shí)需要的執(zhí)行推力較大，因此常用流開閥門，推力大，調(diào)節(jié)精度高。

　　流關(guān)閥門：正常狀態(tài)下流體流動方向有關(guān)閥門的趨勢，需要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力較小。大口徑閥門一般采用流關(guān)閥門正是由于此類閥門推力小，在閥門關(guān)閉時(shí)，不會因?yàn)檫^大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力而傷及閥內(nèi)件。但此類閥門在小流量調(diào)節(jié)，尤其在15%以下的開度調(diào)節(jié)時(shí)特性很差。

　　3.5、噪音

　　噪音大小和閥體無關(guān)，和壓差有關(guān)系，壓差越大，噪音越大。閃蒸和氣蝕也會產(chǎn)生噪音。

　　噪音大于105分貝，會令閥門產(chǎn)生振動，對閥體造成損傷。它令代門機(jī)械部件松動，磨損大，調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，甚至有可能因閥芯和閥座振動頻率不匹配，對閥座產(chǎn)生沖擊變形，閥桿折斷。

　　加降噪閥籠對噪音的減小很有成效，且其對閥后流速影響小，也可減少氣蝕發(fā)生的可能性。但有降噪籠，閥門的流量特性只能選用線性特性。且某些降噪籠孔直徑小，若用在含有固體顆粒或粘度高的介質(zhì)上，容易堵塞。

　　3.6、閥后流速

　　閥后流速的大小取決于閥體大小。同樣的管徑下，閥體越小，閥后流速越大。氣體介質(zhì)的閥后流速大于112m/s，液體介質(zhì)的閥后流速大于10m/s，會對閥芯產(chǎn)生沖擊。閥后流速太大，介質(zhì)會不斷沖刷閥芯，損傷閥芯，使閥芯變形，失去調(diào)節(jié)作用。擴(kuò)大閥體，可以減小閥后流速。閥芯尺寸相同的情況下，閥體尺寸改大，則有可能在保證較好的調(diào)節(jié)特性的同時(shí)滿足閥后流速的要求。

4、PX裝置改造項(xiàng)目中調(diào)節(jié)閥的選型

　　PX裝置改造工況較嚴(yán)格苛刻，在選調(diào)節(jié)閥時(shí)應(yīng)全面考慮各種參數(shù)。但在很多情況下，選型的各種指標(biāo)會有些矛盾。如為流經(jīng)燃料氣的管線選擇調(diào)節(jié)閥，該管線苛刻的工況使其可能會出現(xiàn)閃蒸和氣蝕，且噪音嚴(yán)重超標(biāo)，需要所選閥門有降噪和分級減壓的功能。但由于其介質(zhì)內(nèi)含有顆粒物體，又無法使用降噪閥籠和迷宮閥，因此在調(diào)節(jié)閥選型時(shí)相當(dāng)困難。通過深入了解工藝條件，充分比較，從中選擇出最優(yōu)的解決方案。

　　1)本項(xiàng)目不適合選用小流量調(diào)節(jié)閥；而直通單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)較低，在工藝條件允許的情況下盡量選用。

　　2)根據(jù)偏心旋轉(zhuǎn)的特性，在本項(xiàng)目中，直通調(diào)節(jié)閥不適用的流有燃料氣介質(zhì)的管線改造更新時(shí)，宜選用偏心旋轉(zhuǎn)閥。

　　3)由于蝶閥的流量特性差，因此在PX裝置改造項(xiàng)目中很少選用。

　　4)PX裝置改造項(xiàng)目由于高壓場合多，也不宜選用V型球閥。