高壓調(diào)節(jié)閥創(chuàng)新設(shè)計與應(yīng)用

（中國石油烏魯木齊石化公司化肥廠，烏魯木齊 830019）

高壓調(diào)節(jié)閥創(chuàng)新設(shè)計與應(yīng)用

陳德福,沈新群

（中國石油烏魯木齊石化公司化肥廠，烏魯木齊 830019）

該調(diào)節(jié)閥運行期間所產(chǎn)生的噪音、振動，致使調(diào)節(jié)閥無法正常運行，直接影響裝置正常運行。通過實踐和探索，自主創(chuàng)新設(shè)計改造了該閥。

調(diào)節(jié)閥噪音；振動；閥桿脫口；運行周期短

0 引言

烏石化化肥廠二尿素裝置2NS-HV-301調(diào)節(jié)閥主要作用是控制低壓返回高壓甲銨液量。在低壓循環(huán)工段生成濃度約為60%濃度的甲銨液，由高壓甲銨泵打壓，出口有兩個調(diào)節(jié)閥，一個是2NS-HV-301控制甲銨液返回高壓系統(tǒng)，一個2NS-FV-153控制返回低壓循環(huán)。由于高壓甲銨泵為高速離心泵，正常運轉(zhuǎn)時滿足最低流量不得低于18m3/h，而且轉(zhuǎn)速高、出口背壓高，正常生產(chǎn)時2NSFV-153關(guān)閉，完全靠2NS-HV-301控制甲銨泵打量，同時參考低壓甲銨冷凝器儲槽液位LC304，保證甲銨泵入口總量在20～28m3/h,。在開停泵過程中通過2NS-HV-301及2NS-FV-153互相配合開關(guān)穩(wěn)定甲銨泵打量。一旦該閥失靈或線性不好，一方面會造成高壓甲銨泵故障，輕則使甲銨泵損壞，重則管線、設(shè)備靜密封點撕裂，帶來環(huán)境污染或人員受傷重大事故，同時使高壓系統(tǒng)不能正常運行，導(dǎo)致裝置全面停車，如圖1所示。

在2012年9月發(fā)現(xiàn)該閥嚴(yán)重振動，噪音極大，噪音達(dá)到180分貝以上，振動值高達(dá)29.8mm/s，振幅也相對很高。造成填料沖出，閥門定位器反饋桿振松致使脫落，閥桿與推桿連接塊滑絲。無法開車保證裝置正常運行。

1 基本數(shù)據(jù)

2NS-HV-301閥型號：88-41611、公稱直徑：100A×80A、壓力等級：ANSI 1500# RTJ、閥作用：氣開、流量特性：等百分比、計算Cv值/額定Cv值：43.7/60、閥體、閥芯材質(zhì)：SUS316L、介質(zhì)：尿液、最大/正常/最小流量：59600/41600/33280Kg/h 、閥前/閥后壓力：15.7/15.5MPa (G) 、操作溫度：75℃。

2 原因分析

通過觀察和現(xiàn)場分析，本文認(rèn)為調(diào)節(jié)閥固有振動頻率與管道固有振動頻率相同，造成調(diào)節(jié)閥振動振幅很高，致使調(diào)節(jié)閥閥桿振動，填料被振松，閥芯閥桿連接發(fā)生連接斷裂，在15.7MPa （G）壓力之下不得不被破壞。

根據(jù)調(diào)節(jié)閥基本原理可知：調(diào)節(jié)閥在高壓情況下，根椐閥位最小控制在10%以上是最合理的。但是，2NSHV-301控制閥位最大才有3～8%閥位之下，調(diào)節(jié)閥在小開度以下長期工作最容易產(chǎn)生高頻震蕩，磨損等。同時對調(diào)節(jié)閥內(nèi)組件有著嚴(yán)重的破壞作用，包括閥內(nèi)件沖刷腐蝕，配合間隙逐漸增大，整機同軸度下降等。這就是2NSHV-301調(diào)節(jié)閥震源的重要組成部分其中之一。

工藝數(shù)據(jù)在該閥瞬間發(fā)生急劇變化，在小開度情況下，形成較大的壓差作用于該閥。該閥不能及時瞬間消耗壓差所帶來的振動及噪音。

2NS-HV-301調(diào)節(jié)閥振動是不可忽視的，它將產(chǎn)生的后果是不可估量的，如果不及時采取有效的措施解決，振動直接影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命。本文立足改進(jìn)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)來克服由于工藝數(shù)據(jù)發(fā)生急劇變化所帶來振動及噪音[1]。

3 創(chuàng)新設(shè)計與改造，改進(jìn)高壓調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)

首要解決的是閥桿斷裂問題，本文采用長期在化肥廠使用的高強度閥桿連接設(shè)計，使閥芯與閥桿保證不再發(fā)生斷裂。原閥桿與閥芯設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示，閥桿設(shè)計為φ15.7mm，從這一點可以看出，金屬材料發(fā)生疲勞斷裂只有在交變外力或者在高頻震蕩外力的作用下產(chǎn)生,從這一基本原理來分析, 2NS-HV-301調(diào)節(jié)閥內(nèi)組件有多處配合間隙已經(jīng)不符合設(shè)計要求，整機振動也來自于閥內(nèi)件及流體的沖擊作用下，直接選擇閥桿與閥芯連接薄弱處斷裂。

由于閥桿不斷發(fā)生斷裂，說明閥桿強度低[2]，抗疲勞強度極限短，以增強閥桿

強度為目的，將原閥桿φ15.7mm改為φ17f7,比原閥桿粗1.3mm。閥桿導(dǎo)向套與閥桿相配制作，填料函內(nèi)孔擴大1mm，填料重新制作[3]。上閥蓋閥桿導(dǎo)向套與改造后的閥桿采用較小間隙動配合。閥桿與閥芯連接處采用新型高強度連接方法，與改造前相比有減小應(yīng)力集中、連接強度高、雙保險作用等優(yōu)點。其關(guān)鍵改造是進(jìn)行閥芯降噪設(shè)計，由原閥芯結(jié)構(gòu),如圖2所示。將閥芯下處改為3層降噪限流降噪板，通過設(shè)計計算，將原閥芯下部加降噪板，以減少流體和小流量高壓差所產(chǎn)生的對閥沖擊力及振動[4]。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram

圖2 上圖是原閥設(shè)計閥芯，下部沒有降噪設(shè)計Fig.2 Above, the original valve valve core design, lower part no noise reduction design

本文將閥芯設(shè)計為降噪和減少振動為一體的閥芯結(jié)構(gòu)[5]。其具體結(jié)構(gòu)為外套筒設(shè)計為10組，每組5例，1例11個孔，9個小孔φ3， 2個大孔φ6，共110個孔。 再設(shè)計中套筒結(jié)構(gòu)，中套筒設(shè)計為10組均布，每組3例，每組6孔，孔徑φ3，共60個孔。設(shè)計內(nèi)套筒，內(nèi)套筒與中套筒相同，也設(shè)計為60孔，同樣10組均布，每組3例，每組6孔，孔徑φ3，共60個孔。然后把內(nèi)、中、外3個套筒疊加，進(jìn)行錯位孔組焊，如圖3所示。

圖3 上圖是內(nèi)、中、外3個套筒疊加，進(jìn)行錯位孔組焊示意圖Fig.3 Above, inside and outside, in the three sleeve overlay, dislocation of hole compound

再由原閥座高度11mm增加到40mm，增加導(dǎo)向長度。最后是把上面的設(shè)計成型的加工件組焊到閥芯上，如圖4所示。

圖4 整個閥芯設(shè)計改造完成，新閥芯結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Whole valve core design modification is complete, the new valve core structure diagram

4 結(jié)束語

現(xiàn)場安裝新設(shè)計閥芯結(jié)構(gòu)后，經(jīng)過實際應(yīng)用，從2012年10月底運行至今，未發(fā)現(xiàn)一次嘯叫聲及噪音，振動值由高達(dá)29.8mm/s降低到0.8mm/s，運行極其平穩(wěn)。噪音由180分貝減少到65分貝以下。顯然可見，這次設(shè)計改造是通過實踐證明達(dá)到了一個相當(dāng)高的理想效果，是調(diào)節(jié)閥制造行業(yè)領(lǐng)域之中非常領(lǐng)先的設(shè)計，也是國內(nèi)前所未有的設(shè)計改造，為化肥廠二化尿素裝置長周期運行奠定一個堅實的基礎(chǔ)。其經(jīng)濟效益和社會效益非常深遠(yuǎn)和重大。

[1]美 J．W．哈奇森．調(diào)節(jié)閥手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1976：220．

[2]王孝天,楊源泉,賀友宗．不銹鋼閥門的設(shè)計與改造[M]．北京：原子能出版社,1987．10：104閥桿的設(shè)計．

[3]章華友,晏澤榮,陳元芳．球閥設(shè)計與選用[M]．北京：科學(xué)技術(shù)出版社,1994,5：129．

[4]陸培文．調(diào)節(jié)閥實用技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社,2006,5：683．

[5]陸培文．實用閥門設(shè)計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社,2002,9．

High Pressure Angle Regulating Valve Design and Application Innovation

Chen Defu，Shen Xinqun
（China petroleum Urumqi Petrochemical Co in Xinjiang chemical fertilizer plant, Urumqi 830019 China）

high pressure angle of two urea device type regulating valve HV-301 is Chinese petroleum Urumqi Petrochemical Co fertilizer second urea device an important regulating valve. Noise, vibration generated during the operation of the valve, the valve can not run normally, directly affect the normal operation of equipment. Through practice and exploration, innovation design and modification of the valve.

control valve noise；vibration；stem talk；short running period

TP273

A

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.008

2014-03-15

陳德福，副總工程師、儀表車間主任，從事儀表設(shè)備管理