尿素裝置P4閥的改進(jìn)

　　山西蘭花集團(tuán)化肥廠尿素裝置原P4閥采用氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥(ZMBS-320型)，閥體結(jié)構(gòu)為單座角式，材質(zhì)為316L;執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用反作用氣動薄膜式，氣源壓力為0.14MPa，流量特性為直線。在運行過程中，該P4閥使用壽命僅6個月，因無法控制合成塔而被迫停車。拆檢后發(fā)現(xiàn)閥芯、閥座幾乎被腐蝕完。更換后，連續(xù)幾次出現(xiàn)同樣的問題。經(jīng)對該調(diào)節(jié)閥的選型分析，決定更換為氣動活塞高壓反氣蝕調(diào)節(jié)閥(ZJHS-320型)。從2008年9月安裝至今，運行基本正常，2010年6月拆開檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

1、閃蒸、汽蝕原因分析及改進(jìn)

　　閃蒸、汽蝕是P4閥使用壽命短的主要影響因素。由于P4閥閥前壓力為19.96MPa，閥后壓力為1.60MPa，壓差為18.36MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于尿液的最大飽和壓差。尿液流經(jīng)閥芯、閥座處時會產(chǎn)生閃蒸，由此再產(chǎn)生汽蝕，并對閥門內(nèi)部及相鄰近的管道結(jié)構(gòu)造成極大的破壞，尤其對閥芯會產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷破壞。小開度工作時，節(jié)流口流速更快，壓力更低，閃蒸破壞更嚴(yán)重;大開度工作時，系統(tǒng)壓力恢復(fù)到飽和壓力以上時造成的汽蝕破壞也很嚴(yán)重。為此，應(yīng)盡量避免小開度工作，并采取有效的反汽蝕措施。

　　(1)直線流量特性的調(diào)節(jié)閥在小開度時，流量相對變化值大，放大系數(shù)大;當(dāng)調(diào)節(jié)閥在大開度時，流量相對變化值小，放大系數(shù)小。等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥在小開度時，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)小;而在調(diào)節(jié)閥大開度時，放大系數(shù)大。相比而言，相同流量系數(shù)的調(diào)節(jié)閥流過同樣流量的尿液時，等百分比流量特性比直線流量特性對閥門的開度要大。故為追尋大開度下工作，將流量特性改為等百分比。

　　(2)原結(jié)構(gòu)為簡單單座形式，18.36MPa的壓差完全作用在閥芯上，在閥芯處產(chǎn)生的閃蒸、汽蝕很大，為了減小該影響，必須減小閥芯處的壓差，采取逐級降壓的方法，把調(diào)節(jié)閥的總壓差分成幾個小壓差，逐級降壓，使每一級都不超過臨界壓差。ZJHS-320型高壓反汽蝕調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。該閥采用“孔板+單座閥+套筒閥”三級節(jié)流結(jié)構(gòu)：一次節(jié)流為接管縮徑(a處)，相當(dāng)于孔板節(jié)流，約占總壓降的10%;二次節(jié)流為單座節(jié)流(主節(jié)流、b處)，采用單座閥的結(jié)構(gòu)，約占總壓降的30%;三次節(jié)流為套筒節(jié)流(c處)，采用套筒結(jié)構(gòu)，約占總壓降的60%。該結(jié)構(gòu)將通過總壓差分成數(shù)個較小的壓降，每個較小壓差都確保其節(jié)流面最小處的壓力大于飽和蒸汽壓力，避免或減輕閃蒸效應(yīng)對閥的破壞作用。除減小此破壞外，用小孔噴射型結(jié)構(gòu)的套筒節(jié)流件取代原單座閥的“導(dǎo)向襯套+閥座”方式，可以徹底解決導(dǎo)向襯套易松落的問題;還可以減少抗流對閥芯座的單邊局部破壞作用，降低節(jié)流喑音。

圖1 ZJHS-320型高壓反汽蝕調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)

2、腐蝕原因分析及解決

　　腐蝕是P4閥使用壽命短的次要因素(化學(xué)腐蝕和磨損腐蝕)。尿液對不銹鋼有化學(xué)腐蝕作用，將原316L不銹鋼閥內(nèi)組件改為進(jìn)口尿素專用鋼(U3或A4)閥內(nèi)組件，閥體仍采用316L。磨損腐蝕因受到過分的機(jī)械沖刷作用而不易恢復(fù)，腐蝕率會明顯加劇，因尿液中含有固相微顆粒，大大加劇磨損腐蝕，可通過開車階段的氧鈍化在閥體內(nèi)部及組件外部形成氧化膜來減輕腐蝕的影響。

3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力的影響及改進(jìn)

　　P4閥原采用反作用氣動薄膜式，其彈簧力較小(0.14MPa)，P4閥運行壓力高(19.96MPa)，使用中，在閥門開度小或停車需要閥門全關(guān)時，經(jīng)常出現(xiàn)由于彈簧力較小使閥門無法控制壓力或無法關(guān)閉到位。將其改為氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其具有體積小、推力大、運動可靠等特點，彈簧力可達(dá)0.5～0.6MPa，可以消除此方面的影響。