一種裂解氣閥用聯動機構的運動分析

郭金 楊歡 鄭平陽

摘要：聯動機構是乙烯生產三閥系統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定，聯動機構需要對旁路清焦閥的開啟過程進行相關控制。本文對聯動機構的運動過程進行了詳細分析，為之后的聯動機構設計打下了基礎。

關鍵詞：聯動機構，運動過程

1.前言

1.1聯動系統介紹

聯動機構使用于乙烯生產裝置中的三閥系統。三閥系統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，維持管線壓力穩定。聯動系統如圖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。

通常根據系統要求，當兩臺閥門運行切換時，要求P1的范圍為1.5～2.2Bar，同時為防止裂解氣回流進入裂解爐引發爆炸，切換時要求0≤P1-P2≤0.2Bar，聯動機構的作用就是切換時調節旁路清焦閥的行程，保證壓力P1維持在許用范圍內，避免出現裂解氣倒流、管線超壓等現象。

1.2聯動機構介紹

圖2為裂解氣閥、旁路清焦閥和聯動機構整體示意圖，圖中大閥為裂解氣閥，小閥為旁路清焦閥，裂解氣閥通過Z字型的聯動機構控制旁路清焦閥的啟閉，實現穩定管線壓力的目的。圖3為聯動機構的局部示意圖。實線與虛線分別表示聯動機構運動起始與終止位置。O為旋轉中心，B為驅動塊，安裝在裂解氣閥的閥桿上，執行機構驅動閥桿運動時，帶動驅動塊運動，驅動塊再帶動聯動機構旋轉。圖中A為從動塊，安裝在清焦閥閥桿上，當聯動機構旋轉時帶動從動塊運動。聯動機構上的曲線稱為工作輪廓線，驅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。當驅動塊在豎直段運動時，聯動機構不旋轉，稱為聯動機構休止區。當驅動塊在傾斜段運動時，將帶動聯動機構旋轉，通過左側輪廓線帶動從動塊按照一定規律運動，稱為聯動機構工作區。休止區與工作區的交點稱為切換點。聯動機構設計的難點即工作輪廓線的求解，以及切換點的確認。

2.聯動機構的運行分析

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為聯動機構休止區，Ⅱ為聯動機構工作區，O為聯動機構的旋轉中心，S0為裂解氣閥全開位置， SZ為裂解氣閥全關位置，S1為切換點位置，S'1、S'Z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，根據關鍵位置的不同，可以將工作區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LA和LB分別為裂解氣閥與清焦閥的過渡區。過渡區的存在主要是閥門結構影響。

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，故壓力P1將逐漸升高；當裂解氣閥繼續關閉至Ⅱ1結束時，此時清焦閥即將有開度，壓力P1達到最大值；當運行至Ⅱ2階段結束時，壓力應穩定在許用范圍內；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 結論

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

通過上述對聯動機構運行過程分析可知聯動機構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動機構的設計。

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，2011。

[2]楊源泉主編.閥門設計手冊.北京：機械工業出版社，1992.12

作者簡介：郭金（1985.12--）；性別：男，籍貫：河北唐山，學歷：研究生，畢業于：哈爾濱工業大學；現有職稱：工程師；