技術(shù)中心
您現(xiàn)在的位置: 上海自動化儀表股份有限公司 > 技術(shù)中心
調(diào)節(jié)閥特性的優(yōu)化和閥內(nèi)件改造的探析
來源:上海自動化儀表有限公司作者:祁維軍,胡彥文,楊一仁,蔣 瑞發(fā)表時間:2023-10-12 16:57:37【小中大】
摘 要: 對于汽提塔調(diào)節(jié)閥在工藝低負荷運行時自動調(diào)節(jié)不穩(wěn)定、調(diào)節(jié)性能差的問題,分析液位控制系統(tǒng),通過運行參數(shù)跟蹤、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)計算、流通面積復(fù)核,根據(jù)液位變化特性和控制規(guī)律,優(yōu)化調(diào)節(jié)閥的流量特性,從線性流量特性改造為近似等百分比流量特性,以達到液位自控穩(wěn)定的效果。
青海云天化國際化肥有限公司一期尿素裝置于 2010 年投產(chǎn),采用二氧化碳汽提法工藝,汽提塔液位調(diào)節(jié)閥為 Fisher 高壓角閥。整套尿素生產(chǎn)工藝對該調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能要求很高,汽提塔液位是否能順利投入自控模式也是重要的工藝指標。
該汽提塔液位調(diào)節(jié)閥(LV-2202)原設(shè)計為線性流量特性,且流通能力過大,造成實際使用開度較小(18% ~22. 4%)。自尿素裝置投產(chǎn)以來,該閥長期處于手動控制狀態(tài),操作頻繁、難以控制,影響尿素裝置穩(wěn)定運行。為此,在 2018 年大修期間對該閥流通能力進行計算,并對閥芯進行重新設(shè)計和加工。優(yōu)化后,該閥的調(diào)節(jié)性能有了明顯的改善,在裝置高負荷生產(chǎn)時,汽提塔液位調(diào)節(jié)可以投入自控模式。
1 工藝流程
合成塔的液相從出液閥(HV-2201)進入汽提塔頂部,經(jīng)汽提塔內(nèi)的液體分配器將尿液均勻地分配到每根列管中,并以液膜狀態(tài)沿壁往下降,防止 CO 2 氣體竄流到循環(huán)系統(tǒng)中。如果液位波動劇烈,超過低限,會出現(xiàn)竄氣現(xiàn)象,導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)超壓;如果液位過高,易造成出液溫度高,使產(chǎn)品縮二脲含量升高。因此,汽提塔液位一般控制在30% ~ 60%,由汽提塔液位調(diào)節(jié)閥(LV-2202)自動控制完成。汽提塔液位調(diào)節(jié)工藝流程圖見圖 1。
2 控制原理
使用同位素銫 137 配上海伯托 LB 4700T 探測器來測量汽提塔液位 1(LT-2201),汽提塔有效液位高度為 62 cm,液位有效直徑為 60 cm。在高壓差下,有效液位變化很快,對調(diào)節(jié)閥的控制要求很高。在正常生產(chǎn)過程中,汽提塔的液位要求在自動控制模式運行[1] 。在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的情況下,汽提塔的進出近似平衡狀態(tài),當汽提塔液位 2(LT-2202)測量值低于設(shè)定值時,經(jīng)集散控制系統(tǒng)(DCS)判斷、比較,輸出信號減小 LV-2202 開度;當 LT-2202 測量值與設(shè)定值相符時,LV-2202
開度保持不變;當 LT-2202 測量值大于設(shè)定值時,輸出信號增大 LV-2202 開度,直至液位測量值與設(shè)定值相等。這個過程是連續(xù)的,在這個過程中液位測量會有波動,測量值與設(shè)定值出現(xiàn)偏差。為消除偏差,DCS 會控制 LV-2202 進行調(diào)節(jié)。由于汽提塔有效控制液位很少,因此要求調(diào)節(jié)閥的開關(guān)幅度很小,以及流量變化量、閥門流通面積變化量很小,才有益于液位的穩(wěn)定控制 [2] 。汽提塔液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制原理見圖 2。
3 調(diào)節(jié)閥運行數(shù)據(jù)分析
3. 1 調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計算
根據(jù)工藝參數(shù),計算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)及流通能力,進一步確定閥門的閥座通徑,以及相對流量和相對流通面積。LV-2202 的工藝參數(shù)見表 1,其液體通流介質(zhì)為尿素、氨基甲酸銨、水、NH 3和 CO 2 。
根據(jù)表 1 參數(shù),使用閥門計算軟件計算得到調(diào)節(jié)閥流量系數(shù) C v 為 17;根據(jù) C v ,選擇閥座通徑為 30 mm [3] 。2018 年前閥座通徑為 40 mm,C v為41.7,明顯選擇太大,這是閥門長期在小開度下運行,無法投自動控制的原因。
3. 2 調(diào)節(jié)閥運行開度分析
2019 年全年調(diào)節(jié)閥運行開度在 50% ~60%;
2020 年全年調(diào)節(jié)閥運行開度在 40% ~ 50%;
2021 年全年調(diào)節(jié)閥運行開度在 30% ~ 40%。其間,閥芯加工尺寸相同,在 2021 年大修時發(fā)現(xiàn),閥座通徑由于腐蝕,從 30 mm 變?yōu)?31 mm,分析原因為腐蝕沖刷。流通面積稍微發(fā)生變化,閥門的開度就會發(fā)生變化,調(diào)節(jié)閥實際有效可調(diào)范圍很小。LV-2202 歷年運行數(shù)據(jù)見表 2。
3. 3 調(diào)節(jié)閥運行流通面積
根據(jù)歷年的運行參數(shù),可計算出調(diào)節(jié)閥在工藝中常用的流通面積,進一步優(yōu)化調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能。LV-2202 歷年運行流通面積數(shù)據(jù)見表 3,其中閥芯的截面間隔為 2 mm。由表 3 可以看出:調(diào)節(jié)閥的在運行中由于加工誤差、閥座的腐蝕等因素,通徑變大,閥門開度逐年減小。閥門的常用流通面積為 210 ~ 270 mm 2 ;閥門開度在 30% ~55%。理論計算閥門的開度在 35% ~50% (見表4),雖然有偏差,但開度還是吻合的。
4 閥門的選型和加工
4. 1 閥門流量特性的選擇
根據(jù)對閥門流量系數(shù)的計算,以及對閥門運行參數(shù)、加工數(shù)據(jù)的分析,閥門總行程 L =32 mm,為了方便計算和測量,取 10%L =3. 2 mm;常用開度 35% ~50%,對應(yīng)行程變化量為 4. 8 mm;流通面積 200 ~ 260 mm 2 ,閥門流通面積變化量約60 mm 2 。汽 提 塔 的 可 控 液 位 的 總 體 積 為0. 175 m 3 ,液位控制范圍為 30% ~ 60%,介質(zhì)體積變化范圍 0. 052 ~ 0. 105 m 3 ;閥門特性為直線型,特點為閥門開度小、流量變化量大、調(diào)節(jié)作用太快太強,易出現(xiàn)超調(diào),引起系統(tǒng)不穩(wěn)。線性流量特性在液位變化快、可調(diào)范圍小的工況下,調(diào)節(jié)性能差。而等百分比流量特性可以解決這個問題,在行程開度相同、相對流量變化量相等,以及流通面積變化量相同時,開度小、流量變化量也小,調(diào)節(jié)平穩(wěn),可調(diào)比寬[4] 。線性流量特性和等百分比流量特性,閥門開度和相對流量的關(guān)系[2] 見圖 3。由圖 3 可以看出:閥門相同開度,線性引起相對流量的變化量比等百分比大,等百分比變化比較柔和,所以對于汽提塔的液位調(diào)節(jié)閥,流量特性應(yīng)該選擇等百分比。
4. 2 等百分比流量特性時閥芯尺寸和流通面積的計算
4. 2. 1 數(shù)據(jù)計算
根據(jù)對 LV-2202 運行數(shù)據(jù)的分析,選擇等百分比流量特性的閥芯更加適合現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝,
對此特性的閥芯限流段設(shè)計數(shù)據(jù)(見表 5),使用閥芯和閥座計算軟件計算 [3] ,結(jié)果見表 6(總計算有 14 組,現(xiàn)取 10 組數(shù)據(jù)做說明)。優(yōu)化過程中,發(fā)現(xiàn)閥座通徑由于腐蝕變大為31 mm,則閥芯根據(jù)閥座通徑為 31 mm 計算。閥芯根據(jù)等百分比流量特性計算并加工,總行程為32 mm,總共計算 14 個截面,截面間隔 2 mm。在車床分 14 刀做出閥芯實物胚,再打磨圓整成為成品;全過程手工加工,因此存在誤差,加上管道流通阻力,閥門特性為近似等百分比流量特性,加工最大允許誤差≤0. 3 mm。與線性流量特性閥芯相比,在閥門開度變化量相同時,等百分比流量特性閥芯的相對流通面積變化量小,相對流量的變化也會柔和,液位的變化也會平穩(wěn),更加適應(yīng)于汽提塔液位自動調(diào)節(jié)。
后續(xù)內(nèi)容......................
上海自動化儀表有限公司推薦資訊
- ZDL-41000電動調(diào)節(jié)閥2018-03-30
- 浮筒液位計2017-12-21
- 溫度傳感器自動點膠裝置提高點膠的效率與質(zhì)2023-04-03
- 液位傳感器可否保持大型游泳池的水位是項具2018-01-18
- 次氯酸鈉消毒在城市污水處理的應(yīng)用探討2017-12-19
- 重點講解電動調(diào)節(jié)閥好處、定義、變化以及創(chuàng)2019-07-30
- 全面概括關(guān)于液位變送器最常見問題的解答列2019-11-12
- 針對渦輪流量計安裝程序、啟動程序以及操作2019-01-05
上海自動化儀表有限公司熱門產(chǎn)品
- 執(zhí)行機構(gòu)是如何在飛機上使用的2019-09-27
- 用于濕法冶金應(yīng)用的閥門選擇2018-07-10
- 不銹鋼膜盒壓力表2018-03-08
- 闡述浮球液位開關(guān)獨特的測量優(yōu)勢2017-12-12
- 上海自動化儀表有限公司開展“技術(shù)創(chuàng)新、技2019-02-18
- 淺談壓力變送器的操作原理、8個應(yīng)用、3個優(yōu)2019-08-06
- 自動排氣閥如何工作?在什么情況下可以使用2017-12-14
- 高阻表2018-01-06