苯乙烯装置邻二甲苯调节阀门气蚀的缘故及处理决定

作 者： 宋俊红
摘 要： 广州市石油化工设备总公司乙烯厂苯乙烯装置流量控制阀FV-1121在短期内的运作过程中，不断发生阀心、高压闸阀、阀座毁坏状况。根据对调节阀门毁坏状况、工艺条件进行分析，并计算调节阀选型测算材料，确定是气蚀而致。根据实际情况，提出了用加限流孔板的办法来处理此情况。

广州市石油化工设备总公司乙烯厂（原广州市丁二烯股份有限公司）苯乙烯装置是引入国外BAGER企业技术水平的智能化苯乙烯装置。1997年8月加料试运行期内，加工工艺体现 FV-1121量提不上去。运作约170h，因为阀心掉下来，开展瓦解，查验发觉阀心、高压闸阀、阀秆均毁坏十分比较严重，拆换配件后，运作不上100h，发觉一样毁坏状况，以致系统软件没法投入使用，设备生产制造没法平稳。为了能摆脱困境，对调节阀门毁坏状况、工艺条件进行分析，并计算调节阀选型测算材料，确定是气蚀而致。大家根据实际情况，选用加限流孔板减少阀前后左右气体压力，上升阀后工作压力的计划方案开展系统改造。更新改造后，功效十分突出，复工加料大半年多，未发现任何问题。文中就FV-1121调节阀门的气蚀与解决分析总结，毛遂自荐，供设计方案运作参考。

1 FV-1121调节阀门工艺条件及选择设计方案

1.1 步骤介绍

生产流程如下图1所显示。FV-1121是邻二甲苯流量控制阀，MS-201是邻二甲苯回收塔顶罐，罐里分为汽相和高效液相，目的是为了邻二甲苯的蒸气。提取的溶液从出入口管道接去PP<?xml:namespace prefix = st1 />-103A/S反映进料泵，流回由流量监控，反映进料泵的流量监控由TT-102的水位控制器设置。

1.2 加工工艺（设计方案）标准

物质：邻二甲苯液，相对密度：879kg/m³；
总流量：较大27.1m³/h，正常的24.6m³/h，最少12.3m³/h；
上下游压力：2323kPa；
中下游压力：较大1243kPa，正常的1230kPa，最少1167kPa；
工作温度：185℃；
腐蚀：无；
黏度：9×10^-4Pa·s；
设计方案测算：C_V=7.869。

BAGER企业采用的NELES 企业的G130JHC32EBQBJ型2寸柱塞泵单座阀。具体C_V=31。油路板材料为WCB（碳素钢），阀内件构质均为17-4PH（高韧性碳素钢）。从调节阀门的CV挑选，材料看来，是无可置疑的。

2 毁坏根本原因

2.1 毁坏状况

FV-1121调节阀门二次毁坏状况如下图2所显示，毁坏一部分包含阀心、高压闸阀、阀座。从图上可以看出，阀心靠会就毁坏十分比较严重，使阀心成“蘑菇状”，毁坏表面光洁、匀称，好像在数控车床高速切削成的。高压闸阀毁坏也十分比较严重，高压闸阀上方，毁坏成120度，毁坏表层十分粗糟。调节阀门主件原材料为17-4PH高韧性碳素钢，抗压强度是比较好的，邻二甲苯液无腐蚀，从调节阀门的破坏速率、构件及水平看来，只有用气蚀表述。

2.2 “气蚀”产生的原因

大家都知道，当液体穿过节流阀的断面时，液体为了能维持相对性的平稳，依据怕勤奋方程式，在节流阀横截面的上下游侧，工作压力缩小，流动速度扩大，到静缩小口点，流动速度较大，工作压力最少，在中下游侧，液态越避开此横截面，则流动速度相对性降低，工作压力相对应提升，但中下游工作压力不容易相当于上下游工作压力。这一压力差是液体穿过节流阀横截面时损害的动能。在静缩小口点，假如液体负压低于液体蒸汽压力（p₁<p_v）时，液体造成气化。当中下游工作压力又超过蒸汽压力（p₂>p_v）时，往往会造成“气蚀”状况。由于当压力等于蒸汽压力时，液体逐渐造成气泡，伴随着工作压力降低，气泡愈来愈多，而当工作压力升高，高于或等于蒸汽压力时，气泡裂开，释放出来很多动能，出现巨大的震撼力，此撞击力达到百余Mpa，进而对表面造成很大的震撼力。如果这个节流阀横截面是调节阀门，则在液体出入口侧阀心、高压闸阀受到损伤、损坏，此撞击力根据阀心传入阀秆，导致丝口毁坏、抛光。因为在调节阀门内产生了很多气泡，因此原设计方案测算的C_V值无法满足加工工艺需要的商品流通工作能力。怪不得乎加工工艺觉得该调节阀选型过小，导致之后在全开落也满足不了总流量的必须。

2.3 调节阀门“气蚀”的标准测算

因为进一步明确“气蚀”，大家对调节阀门“气蚀”标准开展计算。造成“气蚀”的前提是：Δp>Δp_T，且p₂>p_v。

（1）

式中 Δp--调节阀门通道与出入口气体压力；
Δp_T--调节阀门（考虑到气蚀）容许较大的气体压力；
p_c--临界压力；
p_v--蒸汽压力。

常量F_L在于调节阀门型号规格，因为FV-1121是采用气开、柱塞泵式调节阀门，查询表得知F_L=0.9，根据制定标准与测算，在多种工作状况标准下调节阀门开启度，阀前后左右工作压力如表1列出。

表1 调节阀门技术数据

注：临界压力p_c=4895kPa

从表1中由此可见，Δp≈Δp_T，p₂≈p_v阀处在产生气蚀的临界阻尼，表明工艺条件稳定时，不容易产生气蚀，若工艺条件产生起伏，就会有可能发生气蚀。

理论计算进一步确定，FV-1121毁坏的因素便是“气蚀”。

3 处理“气蚀”方案选择

依据“气蚀”产生的原因以及危害，处理气蚀的方式有四种：

1）改成抗气蚀型HSC套筒规格单座调节阀。
2）串连两部调节阀门，由两部调节阀门平摊气体压力，降低阀心、高压闸阀的气体压力。
3）调节阀门串连限流孔板，从而分压电路，一样能够降低阀前后左右气体压力。
4）采用高韧性、超耐磨构质的阀心、高压闸阀。

根据实际情况我们认为：

1）所采用调节阀门的C_V值大测算C_V值能大很多，调节阀门容量比较大。
2）工艺条件还有许多不确定因素，采用抗“气蚀”调节阀门或串连调节阀门，标准不明确，片面性比较大。
3）从合理性、协调能力考虑到。

根据之上考虑到，大家采用限流孔板减少压差计划方案充分考虑避免“气蚀”，需先避免气化，将限流孔板装于阀后，把全部调节阀门中下游工作压力提升，这更加有益。

4 限流孔板测算

4.1 限流孔板测算标准的确认

考虑到标准：根据限流孔板平摊工作压力后，使调节阀门各工作状况的开启度仍在一般的范围之内--20%~85%。调节阀门FV-1121流量特性为等百分数，依据调节阀门开启度公式计算

（2）

式中q_v--总流量，m³/h；
Δp--调节阀门前后左右压力差，MPa；
d_ρ--物质相对性[品质]相对密度，即0.879；
C--调节阀门商品流通工作能力（FV-1121 C=31/1.17）。

设q_vmax=27.1m³/h时，调节阀门开数为85%；
由于设计方案标准所给p₁，p₂为具体阀前后左右工作压力，取S=1；
则调节阀门相匹配气体压力Δp=0.28MPa=280kPa；
原设计方案气体压力中，扣减调节阀门气体压力，即是限流孔板平摊的气体压力，即1080-280=800kPa。

4.2 限流孔板设计方案

依据经验公式定律d=1.049
式中q_v--总流量，即27.1×879kg/h；
δp--填料前后左右压力降（永久压力损失），即800kPa；
ρ--物质相对密度，879kg/m³。
带到测算，得d=18mm

4.3 计算

1）带到经验公式定律，加限流孔板后，各工作状况标准下永久压力降δp

q_vmax=27.1m³/h δp=800kPa
q_vnor=24.6m³/h δp=614kPa
q_vmin=12.3m³/h δp=153kPa

2）加限流孔板后调节阀门上中下游压差Δp″及中下游工作压力p₂″见表2。

可以看出，加限流孔板后，在各工作状况标准下，均有Δp″<<Δp_T p₂″>>p_v
科学上，加限流孔板，合理的克服了“气蚀”的造成。

4.4 考评

FV-1121调节阀门加限流孔板更新改造是1999年7月丁二烯复工维修时执行的，工程费用200元，限流孔板装到调节阀门中下游前法兰盘上。10月份复工开车时投入使用，效果明显，系统软件工作稳定，调节阀门总流量正常的，运作大半年多，未发现气蚀状况，FV-1121操纵基本上稳定。

表2 加限流孔板后调节阀门的技术数据

5 结果

根据对苯乙烯装置邻二甲苯调节阀门FV-1121气蚀的具体分析及解决，有以下几个方面感受：

1）调节阀门气蚀状况易产生在调节阀门前后左右压力差比较大，且调节阀门压力比较接近蒸汽压力p_v的状况。
2）气蚀对调节阀门毁坏非常大，数天内就能使调节阀门阀心，高压闸阀毁坏而无法修复。
3）在一定情况下，加限流孔板是处理气蚀的最简易、最经济实惠的方式，尤其在工艺条件不准确前提下。
4）选用限流孔板处理气蚀的测算程序流程。

a）依据调节阀门开启度，明确限流孔板的气体压力。
b）依据气体压力，测算限流孔板的规格。
c）复算各工作状况标准下阀的开启度是不是做到造成气蚀的标准。

5）限流孔板平摊的气体压力，与总流量平方米正相关，采用时应该需注意。

论文参考文献：

[1] 李福宁.气动式模块组合仪表[M].北京市：机械工程出版发行，1982.130
[2] 施俊良.控制阀的挑选[M].北京市：我国建筑工业出版发行，1986.197
[3] GB/T2624-93，流量计量节流装置用填料喷头和文丘里管精确测量充斥着塑料软管的液体精确测量[S].