廣告
摘要：在高壓控制閥應(yīng)用中，一個(gè)典型的問題是在特定時(shí)出現(xiàn)高頻嘯叫和振動，這一現(xiàn)象的頻繁發(fā)生會導(dǎo)致控制閥內(nèi)件磨損、失效。分析了某煉化裝置中出現(xiàn)這 一現(xiàn)象的根源，并根據(jù)實(shí)測參數(shù)和閥門選型提出了綜合性的解決方案，在改造實(shí)施后成功解決客戶的問題，閉關(guān)延長了閥門的使用壽命。
一、前言
中石化某煉化廠的加氫裂化裝置，出現(xiàn)問題的閥門位于四臺并行連接的壓縮機(jī)的出口處，閥門的出口作為旁路連接回壓縮機(jī)上游的儲氣罐，介質(zhì)為新氫，閥門的 作用是控制壓縮機(jī)的出口壓力。正常情況下，該閥門關(guān)閉，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力過高時(shí)，閥門打開，使氫氣回流到壓縮機(jī)上游的新氫儲氣罐中，起到壓力調(diào)節(jié)的作用。
閥門的原始信息如下表所示：
| 閥體形式和材料 | 閥體尺寸 | 2in Fiher HPAT角閥 |
| 壓力等級 | CLASS1500 | |
| 材質(zhì) | 碳鋼WCC | |
| 內(nèi)件形式和材料 | 內(nèi)件形式 | Whisper III C3平衡式降噪閥籠 |
| 閥籠材料 | 17-4PH | |
| 閥芯材料 | 416SST | |
| 閥座材料 | 416SST | |
| 流量 | 流向 | 底進(jìn)側(cè)出 |
| 額定流量系數(shù)Cv | 13.3 | |
| 流量特性 | 線性 | |
| 執(zhí)行結(jié)構(gòu) | 彈簧膜片式正作用執(zhí)行結(jié)構(gòu)Fisher 657/46 | |
| 行程 | 1.5" | |
注釋：1in=0.0254m下同。
閥門在正常工況下的相關(guān)選型計(jì)算信息如下表所示：
| 參數(shù) | 工況1 | 工況2 |
| 氣體流量/(m3/h) | 6700 | 13000 |
| 入口壓力/kPa(g) | 14700 | 14700 |
| 閥門壓降/kPa | 13000 | 13000 |
| 溫度/℃ | 118 | 118 |
| 計(jì)算流量系數(shù)Cv | 1.258 | 2.440 |
| 閥門開度(%) | 17 | 30 |
| 閥門噪聲/dB | 73 | 76 |
二、問題分析與解決
1、現(xiàn)場問題
該高壓控制角閥在系統(tǒng)開車正常工況1和工況2下，較大的振動。為了測試更多數(shù)據(jù)，改用手輪操作下進(jìn)行診斷，逐漸增大和減小開度，在 4%~20%開度區(qū)間的嘯叫和高頻橫向振動最頻繁。從現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)開看，實(shí)際工況與計(jì)算選型基本相符，出口和入口壓力都大致恒定，流量只隨開度變化。打 開閥門后，閥芯靠近閥座一端有明顯的磨痕，應(yīng)為閥芯、閥籠在上下運(yùn)動中頻繁的橫向振動導(dǎo)致的金屬面咬合現(xiàn)象。
2、原因分析
閥門選型計(jì)算結(jié)果表明正常工況下噪聲都低于常規(guī)要求的80dB，所以考慮是否由于偶爾性的小概率事件導(dǎo)致。以工況1為例，根據(jù)流量特性是線性，總行程1.5in，計(jì)算得到17%開度下實(shí)際行程為15in*17%=6.48mm。
閥籠、閥芯和閥座處間隙流發(fā)生如下圖所示情況。考慮到該工況壓差大，開度小，因而流通面積小、流速高，同時(shí)因?yàn)槭翘淄彩浇Y(jié)構(gòu)，閥芯和閥籠的間隙處也有 介質(zhì)流過，會產(chǎn)生較強(qiáng)的間隙流，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動。當(dāng)流體擾動、固有頻率等因素相互作用時(shí)，在特定條件下能量聚集，產(chǎn)生共振，會激發(fā)嘯叫和高頻的振動。
3、解決方案和實(shí)施效果
根據(jù)上面的分析，如果能避免間隙流的產(chǎn)生，現(xiàn)場出現(xiàn)的問題就會得到有效解決。解決方案如下：
a、根據(jù)工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)特征化的Whisper III降噪閥籠替代原先的線性降噪閥籠。新閥籠的額定流量系數(shù)有所減小，但是仍然會滿足{zd0}工況要求。同時(shí)為了正常工況下閥門開度盡可能大，改用等百分比流量特性。
b、在閥芯上靠近閥座的一側(cè)圓周上開槽，槽內(nèi)附加一個(gè)金屬環(huán)LMPR，該金屬環(huán)起到一定的阻滯效果，減少了閥籠之間流過的介質(zhì)，提高了穩(wěn)定性，而且閥芯閥籠間隙量的減少也限制了兩者的橫向振動。經(jīng)過計(jì)算，改進(jìn)后閥內(nèi)件的間隙流不到原來的1/3。
c、附加了LMPR的閥芯會增大閥芯上下運(yùn)動的摩擦力，需要保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)出力仍然滿足要求，經(jīng)過重新選型計(jì)算，更換了彈簧，改變了彈簧了預(yù)緊力，并將調(diào)節(jié)氣源壓力的過濾減壓閥做相應(yīng)調(diào)整，以保證獲得更大的氣源壓力。
在經(jīng)過以上改造后，由于開度的增加以及流道的改善，閥門固有頻率也發(fā)生了改變，該沒有再出現(xiàn)高頻嘯叫和振動。
三、總結(jié)
間隙流作為控制閥在小開度下工作的一種特有現(xiàn)象，由于壓差、閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)形式和流體擾動等偶然因素的共同作用，在小概率下可能會產(chǎn)生閥門選型中沒有預(yù)計(jì) 到的不利振動。一種可行的解決方案是更改閥內(nèi)件設(shè)計(jì)，通過降低額定流量、該敗流量特性、減少閥芯閥籠間隙等手段，減少間隙流的發(fā)生?？刂崎y作為一種高度定 制化的過程設(shè)備，其運(yùn)行可靠性會受現(xiàn)場很多具體因素的影響。當(dāng)出現(xiàn)了問題時(shí)，不應(yīng)簡單地歸結(jié)為產(chǎn)品的選型、設(shè)計(jì)或者質(zhì)量問題，供貨方應(yīng)該與客戶緊密合作， 結(jié)合實(shí)際工況進(jìn)行個(gè)案分析，因地制宜地解決問題。
