一種裂解氣閥用聯(lián)動機構(gòu)的運動分析

郭金 楊歡 鄭平陽

摘 要：聯(lián)動機構(gòu)是乙烯生產(chǎn)三閥系統(tǒng)中連接裂解氣閥與旁路清焦閥的關鍵裝置。裂解爐停爐進行燒焦時，需要進行管線切換，此時需要關閉裂解氣閥，打開清焦閥，為了保持切換過程中管線壓力的穩(wěn)定，聯(lián)動機構(gòu)需要對旁路清焦閥的開啟過程進行相關控制。本文對聯(lián)動機構(gòu)的運動過程進行了詳細分析，為之后的聯(lián)動機構(gòu)設計打下了基礎。

關鍵詞：聯(lián)動機構(gòu)，運動過程

1.前言

1.1聯(lián)動系統(tǒng)介紹

聯(lián)動機構(gòu)使用于乙烯生產(chǎn)裝置中的三閥系統(tǒng)。三閥系統(tǒng)是在裂解氣閥的旁邊增加一臺旁路清焦閥，通過機械方式將裂解氣閥與旁路清焦閥連接在一起，當裂解氣閥開、關時，通過機械方式控制旁路清焦閥的關、開，維持管線壓力穩(wěn)定。聯(lián)動系統(tǒng)如圖1所示，圖中P1為裂解爐出口壓力，P2為裂解氣閥出口壓力，P3為清焦閥出口壓力。圖中TLV為裂解氣閥，Bypass DV為旁路清焦閥。

通常根據(jù)系統(tǒng)要求，當兩臺閥門運行切換時，要求P1的范圍為1.5～2.2 Bar，同時為防止裂解氣回流進入裂解爐引發(fā)爆炸，切換時要求0≤P1-P2≤0.2Bar，聯(lián)動機構(gòu)的作用就是切換時調(diào)節(jié)旁路清焦閥的行程，保證壓力P1維持在許用范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)裂解氣倒流、管線超壓等現(xiàn)象。

1.2聯(lián)動機構(gòu)介紹

圖2為裂解氣閥、旁路清焦閥和聯(lián)動機構(gòu)整體示意圖，圖中大閥為裂解氣閥，小閥為旁路清焦閥，裂解氣閥通過Z字型的聯(lián)動機構(gòu)控制旁路清焦閥的啟閉，實現(xiàn)穩(wěn)定管線壓力的目的。圖3為聯(lián)動機構(gòu)的局部示意圖。實線與虛線分別表示聯(lián)動機構(gòu)運動起始與終止位置。O為旋轉(zhuǎn)中心，B為驅(qū)動塊，安裝在裂解氣閥的閥桿上，執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動閥桿運動時，帶動驅(qū)動塊運動，驅(qū)動塊再帶動聯(lián)動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)。圖中A為從動塊，安裝在清焦閥閥桿上，當聯(lián)動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)時帶動從動塊運動。聯(lián)動機構(gòu)上的曲線稱為工作輪廓線，驅(qū)動塊和從動塊沿軸線的運動即代表了裂解氣閥和清焦閥的啟閉運動。

由圖中可以看出，驅(qū)動塊的工作輪廓線由兩部分組成：工作輪廓線與行程重合的豎直段、與行程有夾角的傾斜段。當驅(qū)動塊在豎直段運動時，聯(lián)動機構(gòu)不旋轉(zhuǎn)，稱為聯(lián)動機構(gòu)休止區(qū)。當驅(qū)動塊在傾斜段運動時，將帶動聯(lián)動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，通過左側(cè)輪廓線帶動從動塊按照一定規(guī)律運動，稱為聯(lián)動機構(gòu)工作區(qū)。休止區(qū)與工作區(qū)的交點稱為切換點。聯(lián)動機構(gòu)設計的難點即工作輪廓線的求解，以及切換點的確認。

2.聯(lián)動機構(gòu)的運行分析

因裂解氣閥與清焦閥的口徑不同，其次兩臺閥門的出口壓力不同，且切換時裂解爐出口壓力要求范圍不同。這些原因使得兩臺閥門在開關的相互作用中，行程不是簡單的線性對應關系，不能按照比例關系進行求解。但在切換時，為了維持壓力穩(wěn)定，兩臺閥門的行程是相對固定的，故本文僅以裂解氣閥關閉與清焦閥開啟過程進行舉例說明。

2.2裂解氣閥與清焦閥的運行分析

圖4為裂解氣閥與清焦閥的運行示意圖，圖中Ⅰ為聯(lián)動機構(gòu)休止區(qū)，Ⅱ為聯(lián)動機構(gòu)工作區(qū)，O為聯(lián)動機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心， 為裂解氣閥全開位置， 為裂解氣閥全關位置， 為切換點位置， 、 分別為清焦閥對應裂解氣閥相應行程上的點。圖5為兩閥運行過程中，關鍵位置示意圖。從圖中可以看出，根據(jù)關鍵位置的不同，可以將工作區(qū)的運行過程分為三個階段。分別描述如下：

Ⅱ1階段：裂解氣閥部分關閉，清焦閥即將開啟；

Ⅱ2階段：裂解氣閥開度為零，清焦閥部分開啟；

Ⅱ3階段：裂解氣閥完全關閉，清焦閥完全開啟。

圖中的 和 分別為裂解氣閥與清焦閥的過渡區(qū)。過渡區(qū)的存在主要是閥門結(jié)構(gòu)影響。

2.2各個階段壓力P1的變化分析

當裂解氣閥逐漸關閉至Ⅱ1開始時，此時清焦閥處于關閉狀態(tài)，故壓力P1將逐漸升高；當裂解氣閥繼續(xù)關閉至Ⅱ1結(jié)束時，此時清焦閥即將有開度，壓力P1達到最大值；當運行至Ⅱ2階段結(jié)束時，壓力應穩(wěn)定在許用范圍內(nèi)；當運行在Ⅱ3過程中時，壓力P1將逐漸降低，最終隨著裂解氣閥完全關閉時，壓力P1下降至最低。壓力P1最大值所對應的裂解氣閥行程上的點稱為臨界點。

3結(jié)論

本文對聯(lián)動機構(gòu)進行了介紹，描述了聯(lián)動機構(gòu)的工作原理及使用工況，并對其動作過程進行了詳細分析，使聯(lián)動機構(gòu)的運行過程簡單易懂。

通過上述對聯(lián)動機構(gòu)運行過程分析可知聯(lián)動機構(gòu)設計的難點即工作輪廓線的求解，以及切換點的確認。對于求解部分的介紹可以參見裂解氣閥用聯(lián)動機構(gòu)的設計。

參考文獻：

1.陸建新，丁英仁，裂解氣閥和清焦閥的選型及使用，乙烯工業(yè)，2011。

2.楊源泉主編.閥門設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1992.12

作者簡介：

郭金（1985.12--）；性別：男，籍貫：河北唐山，學歷：研究生，畢業(yè)于：哈爾濱工業(yè)大學；現(xiàn)有職稱：工程師；