氨合成液位高压控制阀的应用和改进

    1　引　言

    合成氨放氨用的高压液位控制阀始终是一个难题。问题的关键是阀的前后压差特别大,在高压差条件下因液氨闪蒸和液氨中的氢氮气解吸形成了两相流体。两相流体 中存在的液滴具有液体的质量,同时具有高压差条件下作为载体的气体高速度。这些液滴就有很高的动能,因而具有很大的破坏力。普通的控制阀在这种工况下最多 只能工作1~2个月,阀心阀座即已损坏。笔者从分析这些机理出发,对改进的措施作了探讨。

    2　氨分与冷交应用效果的差异

    根据现场考察的情况,放氨专用阀在冷交应用的效果明显比氨分要好。冷交连续运行1~2 a的情况很多。最长的已经有4 a连续运行的例证。但是氨分连续运行超过1 a的很少。为什么同样的产品,几乎相同的工况,应用效果会相差很大呢?

    考察的项目基本属于采用型流程的合成氨系统。冷交与氨分的分离氨的比例一般是1∶0.3,甚至1∶0.2。因为通过氨分的液氨量少,至使氨分的控制阀处于小开度状况下工作。控制阀长期工作在小开度状况下,这是控制阀忌讳的工作状态。

    处于小开度状况下工作的放氨控制阀,套筒外围的压力相对较大开度状况下工作的控制阀要高一点。因为阀塞经常处于反复的开关状态,套筒外围的工作在脉动的压 力条件下。特别是关状态时的压力瞬间可能超过平稳时期的系统工作压力。目前这种控制阀内套筒与外套筒之间是存在装配间隙的,这个装配间隙依靠胶粘密封。在 JT4型阀中,内套筒与外套筒之间的胶粘密封尚不太可靠时,较高的工作压力可能破坏这些胶接材料,造成阀的内漏加大。在这个装配间隙中,没有设置完全的防 止二相流的磨损措施。一旦发生内漏,很容易造成放氨阀的早期损坏。

     因此提高氨分放氨阀开度成为解决其使用状况的措施,主要从修改流量特性着手。该阀采用的是等百分比特性,即对数特性,改变对数曲线的参数,具体地说就是 改变套筒流通通道的窗口形状,通过改变窗口形状,使得80%开度以下的流通能力,在每个等百分数行程上提高了约20%的开度。使得这段对数曲线变得更加弯 曲。同时80%开度以上的窗口加大了面积,使绝大部分流量都集中在大开度上,因此维持了总的流通能力不变。

    此外进一步减少套筒与阀塞之间的工作间隙也是很重要的一个环节。氨分产氨本来不多,泄漏量只要稍微大一点就保不住液位。因此用到氨分的阀泄漏量要比用到冷交的小才能满足需要。

    3　不平衡力的讨论

    当流体流过控制阀时,阀芯(该阀的阀塞与阀芯杆构成阀心)受到流体静压和动压所产生的作用力,阀芯受到轴向合力即不平衡力。因为该阀属于套筒结构,流体又 是以“侧进底出”方式流经控制阀,流体动压产生的作用力可以忽略。仅仅考虑流体静压的作用。同时因为控制阀的出口压力远低于进口。出口压力为1.6 MPa,因此该阀虽然是高压阀,填料却是在低压条件下工作。如图1所示。