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NELES調節(jié)閥在減溫減壓改造中的應用

發(fā)布于:2019/11/14 9:44:37 點擊量:132

一、工藝條件及改造前的工藝狀況 

在我公司自用蒸汽的工藝生產中,有一臺關鍵設備為減溫減壓器,該設備將鍋爐生產的蒸汽(在不通過汽輪機發(fā)電的情況下)從2.48 MPa 430℃,減溫減壓至0.35MPa 170℃以滿足公司其它用汽單位的需求;該減溫減壓器上的減壓閥和減溫水分配閥為該減溫減壓器廠配套的,型號為Y45/Y100-Dg150雙座減壓閥和 JF61H-100 DN32 給水分配閥;該設備自公司生產以來,連續(xù)運行了4年多,基本上能滿足公司生產的要求。

但在這4年多的運行期內,我們也發(fā)現(xiàn)該設備存在一些問題,主要表現(xiàn)在如下幾方面: 

◆ 減壓閥的泄露量大,特別是在蒸汽通過汽輪機發(fā)電的情況下,在該種條件下,該減壓閥該是完全關死的,但由于雙座閥本身的結構和產品質量等問題,該閥門在全關位置時仍有較大的蒸汽泄露量,造成了不必要的能源損耗,增大了生產成本。 

◆ 調節(jié)范圍小:從雙座閥的調節(jié)特性可知,該閥的調節(jié)范圍比較小:根據(jù)工藝的實際操作情況來看,在鍋爐小負荷運行時(蒸汽產能在l0T/h時),該減壓閥無法完成對蒸汽壓力的調節(jié),即在蒸汽流量小于10T/h時,無法對蒸汽壓力進行調節(jié)。 

◆ 控制精度低,穩(wěn)定性差:減壓閥和減溫閥的控制采用的是帶伺服放大器角行程電動執(zhí)行機構,執(zhí)行機構與閥桿的聯(lián)結采用的是杠桿:伺服放大器的型號過于陳舊,平衡和穩(wěn)定度的調節(jié)過于復雜,由于用于伺服放大器和反饋板上的電子元件器件未經工業(yè)化處理,對環(huán)境的要求也較高,在高溫和粉塵環(huán)境中工作不穩(wěn)定:執(zhí)行機構與閥的聯(lián)結設計不合理,多支點的杠桿聯(lián)結方式雖然滿足了將角行程電動執(zhí)行機構輸出力的放大,但由于杠桿各聯(lián)結點存在較大的機械縫隙,無法滿足整個控制系統(tǒng)對控制精度及控制穩(wěn)定性的要求,因此這兩閥的控制精度和控制穩(wěn)定性均較差,無法滿足投自動的要求,自生產開車以來一直處于手動和.現(xiàn)場操作狀況,控制精度低。 

◆ 日常維修量大,工藝操作困難:由于該控制系統(tǒng)上的設備在當時選型時均有一定的缺陷,此在實際運行時總是存在一些問題,每周均有2—3次的維修,而且工藝自開始生產以來就沒有投上過自動,增加了工藝操作人員的操作難度。為了解決上述設備所存在的問題,更好的滿足工藝安全生產的要求,我決定對該溫減壓器上的減壓閥和減溫水分配閥及其控制系統(tǒng)進行改造。 

根據(jù)工藝的要求及公司目前的生產狀況,該兩臺閥應滿足如下的工藝生產條件: 

a) 蒸汽減壓調節(jié)閥: 工藝管徑: 150mm(DN150、PN10) 介質:蒸汽 溫度:Max 430℃ 流量: Qmin 4T/h Qnor 15T/h Qmax 20T/h 進口壓力:2.45MPa 出口壓力:0.35MPa 配電動執(zhí)行機構:電源為220VAC/50Hz 輸入信為: 4-20mA 閥位反饋信號為:4-2OmA 執(zhí)行機構上帶手動開/關手柄或手輪 

b) 減溫水閥: 工藝管徑:32mm(DN32、PN10) 介質:水 溫度:108℃ 流量:Qmax 2500kg/h 進口壓力:3.0MPa 出口壓力:0.4MPa 配電動執(zhí)行機構:電源為220VAC/50Hz 輸入信號為:4—20mA 閥門反饋信號為:4—20mA 執(zhí)行機構上帶手動開/關手柄或手輪 

根據(jù)以上的工藝條件,我們將調節(jié)閥和執(zhí)行機構分開選型,首先確定執(zhí)行機構,然后再選調節(jié)閥,再由調節(jié)閥的供貨商提供成套。

二、電動執(zhí)行機構的選型 

根據(jù)工藝運行的需要及工藝人員的要求,此調節(jié)閥的執(zhí)行機構我們決定選用電動執(zhí)行機構,為此就我們所掌握的資料,經多方比較我們選擇如下三家在世界范圍內較知名的電動執(zhí)行機構專業(yè)生產廠家。

(1)日本KOSO (2)德國Auma (3)英國Rotork 

經我們了解三家廠的產品基本情況如下:

廠家

KOSO

Auma

Rotork

產品原產地

中國鞍山

德國

英國

生產適用范圍

化工、電廠

化工、電廠

化工、電廠

傳動方式

皮帶傳動

齒輪傳動

齒輪傳動

手動操作

不帶手輪

帶手輪

帶手輪

輸出力矩

0N·M-1500 N·M

30 N·M-32000 N·M

30 N·M-30000 N·M

適用環(huán)境溫度范圍

-10-+60℃

-25-80
0℃-+120℃

-25-80

過載保護

無過載保護

有過載保護

有過載保護

從以上三種產品中,我們選擇了德國的 Auma電動執(zhí)行機構: 

1> 環(huán)境溫度:目前我公司正在用的減溫減壓器附近的環(huán)境溫度我們實測為:離閥座250px處的溫度為220℃左右,在此點往上再上移375px,此處溫度為72℃,而目前廠應用了3000多臺套,具體在類似我公司所用的電動執(zhí)行機構處的溫度為56℃.根據(jù)我們這幾年的使用KOSO的經驗來看,KOSO對環(huán)境溫度是小于60℃,但在57℃左右時,此電動機構即出現(xiàn)工作不正常的情況。因此,KOSO的電動執(zhí)行機構不能用于此減溫減壓器上,而Auma及Rotork的工作范圍為-25℃~80℃,且Auma還有一種高溫型的,可將適用環(huán)境溫度范圍擴展為0℃~120℃,而在我們的此處應用中,選用-25℃~80℃的普通型即可。 

2> 輸出力柜: 目前我公司20T/h減壓閥上的伺服電機額定輸出力矩為250N·M,但在給減壓閥出力時應用了一個杠桿,將此力放大了6倍(現(xiàn)場杠桿力臂分別為1625px比275px)。這樣對此減壓閥的輸出力矩實際上在1500N·M左右,而從上表中可以看出,1500N·M的力矩輸出對KOSO電動執(zhí)行機構來說已是上限了,沒有余量,因此只Auma及Rotork可以。

3> 應用情況: 

◆ KOSO電動執(zhí)行機構在我公司電站已有較多的應用,在較低的環(huán)境溫度(53℃以下),小力矩輸出(500N.M以下)的條件下使用情況較好,維修量也較少,這幾年的運行也較滿意。 

◆ Auma電動執(zhí)行機構我公司的維修人員有對該產品的使用及維修經驗,據(jù)維修人員反映,此執(zhí)行機構在用了十幾年后,,均能一直很好的工作,維修量極少,建設我們用此執(zhí)行機構。 

◆ Rotork電動執(zhí)行機構在我們的兄弟單位有應用,該廠的電站有幾臺調節(jié)閥也是用的Rotork的電動執(zhí)行機構,使用了一年多,工作一直很好,幾乎沒有維修量。 

◆ 在性能價格方面,經我們的了解比較,Auma價格在二者間。

三、調節(jié)閥選型 

由于調節(jié)閥的選型,涉及到的因素較多,考慮的因素也很復雜,涉及到多個專業(yè),不是此方面的專業(yè)廠家,有些因素怕考慮不到,而且此設備對我們來說既關鍵又投資高,因此在選擇供貨商時,我們約定了如下原則: 

? 廠家必須具備完善的售后服務,提供及時的技術支持。 

? 必須是世界上有名的且在此方面有較優(yōu)良的生產及服務業(yè)績的大生產廠家,此點主要從產品質量和信譽上考慮。 

? 價格上必須要有競爭力。 

基于以上三點原因,就我們所掌握的資料和情況,我們選擇了三家生產廠家,分別是:美國 Fisher公司,芬蘭Neles公司和德國的Samson公司。 

以上三家的代表在收到我們的工藝條件后,又經過多次聯(lián)系,反復核實有關的技術及工藝參數(shù),均做出了選型,且三家均在選型中提供了調節(jié)閥選型計算書(均按我方要求,配Auma電動頭,并調試好,總成交貨),情況如下表:


天津 Fisher

德國 Samson上海辦事處

芬蘭 Neles上海辦事處

所選型號

ED-F"&ED-1"

TYPE251&TYPE241

QXA-T5D13061DE4.3&FCO1DWSXKLGTDH3

供貨周期

12-16 Weeks

12-14 Weeks

16-20 Weeks(包括4周海地運期)

從三家的報價情況及后來的技術交流中了解到:Fisher及Samson所選閥為單座閥,而芬蘭Neles選的為帶Q—Trim內件的TOP5系列球閥。 單座調節(jié)閥即為globe Valve,從該閥的結構上可知為不平衡閥,一般介質流向為下進上出(Fisher及Samson均選此種閥),該類閥的閥芯是通過上下行程方式來控制介質流量的,因而配該閥的執(zhí)行機構為直行程機構:而NELES的TOP5系列調節(jié)閥為球閥結構,閥芯通過0—90度的開關角度來控制介質的流量,因而配該閥的的執(zhí)行機構為角行程執(zhí)行機構; 

下面就此三家廠家所報的兩種閥型比較如下: 

1> 調節(jié)閥在工作時對執(zhí)行機構輸出力的要求 

單座閥由于本身設計原理和結構的原因,在大差壓的情況會產生較大的不平衡力,具體到我們的工藝條件,如果按我們的工藝條件:即6£¢(150mm)閥及21Kg/cm2 的差壓,所產生的不平衡力約為:1854.6Kg,考慮到15%左右的余量,至少也在2100Kg左右。此點在Samson的計算書中已體現(xiàn)出來,他們計算出來的推力在18.8KN左右,而Fisher在同我們的交流中,也說到此不平衡力,而且也很大,但在計算書中沒有表述出來。由于電動執(zhí)行機構出力要有大于此不平衡力才能關閉此閥,因此電動頭的功率要較大,而且單相220VAC的電機已滿足不了此要求,必須要三相380VAC的電機才能產生此巨大推力。在Samson計算書中,也已考慮了此問題,他們采用的是380VAC電源。由于要求電機產生的推力大,因而電機功率也要大,對電動執(zhí)行機構的要求也高,因而價格也較貴,此點Samson和Fisher的報價均有體現(xiàn)。而在Neles報價中,由于他們采用的是TOP5系列的球閥,是角行程閥門。電動執(zhí)行機構提供的是力矩,比直接作用在閥上的推力要小得多,經他們計算,認為只需8ON·M的扭矩即可,這樣電動執(zhí)行機構輸出的力就小得多。價格要低,整體價格自然也就有競爭力了。

2> 調節(jié)閥噪聲與汽蝕: 

在調節(jié)閥的選型中,另一個重要的要考慮的問題是噪聲及汽蝕。特別是介質為高溫高壓的蒸汽。就調節(jié)閥來說,前后差壓愈大,介質流速就愈大;流速愈大,則產生的噪音就愈大;同時對閥芯和閥內件的破壞也愈大。噪聲產生后,不僅嚴重損傷閥芯和閥座,在嚴重的情況下,還能對閥的下游工藝管道引起共振,嚴重影響工藝的正常生產:另外噪音對工人的人身健康也產生極大的危害,依據(jù)國家《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標準》中的第五、六條的要求,每個工作日接觸噪聲8小時,允許噪聲為85dBA以下,每個工作日接觸噪聲小于1小時,噪聲最大不超過115dBA.除此之外,伴隨著噪音的產生,還會有氣蝕、閃蒸等一系列問題伴隨出現(xiàn),這些情況的出現(xiàn),將嚴重影響調節(jié)閥的工作質量及穩(wěn)定性,更會大大地縮短此閥的使用壽命。 在Neles的計算書中,對噪聲有一欄專項計算,由于Neles所選的Top5系列的調節(jié)閥內件采用了很好的降噪及消除汽蝕內件,即Q—Trim降噪件(Neles的專利),該Q—Trim內件的結構如下(圖一):

從該結構圖中,我們可了解到,該閥的球芯上已做成了多孔多級的網狀結構,該結構本身即符合降噪原理 (即逐漸降壓),因此具有良好的降噪功能;同時該結構與通常所說的球閥已有本質的區(qū)別,除繼承了球閥的基本特點:如緊密的關閉,全通徑高流量,內阻小等外,還有如下新的特點:如低噪聲,高調節(jié)比,調節(jié)穩(wěn)定和調節(jié)范圍內無工作死區(qū)和遲滯等,由于具有這些特點,因而提高了該閥的調節(jié)特性。 在采用了具有降噪功能的Q—Trim內件外,為了更好的達到我們的降噪要求,該閥在出口處又再加了一塊降噪音衰減板(attenuator plate),具體到我們的工藝條件下,此閥的噪聲控制得非常好(加降噪音衰關板具體結構如圖二), 

此外,對其他更苛刻的工藝條件的降噪,該閥還可在Q—Trim內件和噪音衰減板(attenuator plate)之間再加一個降噪器(diffuser),具體結構如圖三所示,這樣在一臺閥上可實現(xiàn)三級降噪;因此從該閥的結構上看,已具備了非常好的降噪的特點。

根據(jù)我們的工藝條件,我們只用了兩級降噪即滿足了我們的降噪要求,在我們的工藝條件下,此閥所產生的噪聲最大為91.85dBA,而且根據(jù)我們的工藝指標,在三種典型工藝條件下(流量分別為2oT/h、15T/h、4T/h),其它條件不變)。噪聲分別為91.85dBA、89.94dBA、81.64dBA。根據(jù)我公司的生產狀況,此流量正常一般為l5T/h左右,此時噪音為89.94dBA,只需在閥體外稍稍加上保溫措施,即可達到噪音在85dBA以下,從而達到國家的有關標準。在三個廠家的選型中,Neles所選的TOP5系列閥的噪音控制是最好的,很好地解決了在此大差壓中產生噪聲的問題,這樣就為此閥今后的使用狀況及使用壽命,打下了良好的基礎。

3) 調節(jié)特性 

三家公司均對所選型號的調節(jié)閥的調節(jié)特性做了說明,即等百分比調節(jié),但Neles的計算書中,對我們的工藝條件中的三個最具代表性的工藝流量點,即20T/h、15T/h、4T/h所對應的調節(jié)點進行了計算,分別對應:59.67%、49.02%、1 6.38%。即在等百分比調節(jié)特性曲線中的16%-60%之間,從等百分比特性曲線中我們可以了解到在15%-75%之間,調節(jié)特性是最為理想的。 

4) 使用情況 三家公司所生產的調節(jié)閥在我國均有應用的實例:Samson的閥門在上海氯堿廠及國內其它地方有大量的應用,F(xiàn)isher閥在我國也有非常廣泛的應用,就我公司目前也使用了大量的Fisher閥,而Neles在我國許多化工廠、電廠、紙廠的工藝條件下(即用于大差壓蒸氣流量調節(jié)控制),Neles上海辦事處給我們提供了如下四個應用實例: 寧波中華紙業(yè)有限公司 (60萬T/Y制紙,國內最大的紙廠)、蘇州紫興紙業(yè)有限公司、杭州華豐紙業(yè)有限公司、岳陽石化總廠五分廠, 其中我們選了湖南岳陽石化總廠五分廠進行了實地考察,該閥在該廠的應用條件比我們的應用條件更加苛刻,也是用于蒸汽的流量控制,但閥的前后差壓達到40kg/cm2,據(jù)該廠的技術人員反映,此閥已在該廠成功的運行了5年多,一直工作穩(wěn)定可靠,基本上沒有出現(xiàn)故障,只是在該閥運行近4年后,進行日常拆下檢查,沒有發(fā)現(xiàn)問題,安裝后運行至今。 

四、結論 通過對此三家調節(jié)閥生產廠家的產品分析和比較,結合我公司工藝生產情況,我們認為在電站減溫減壓器的改造中,選用 Neles公司的產品是可行的,在各項技術、指標中也能完全滿足我們工藝及技術的要求,而且價格及性能也較有優(yōu)勢,因此我們決定此項目改造的設備選型方案為: NelesTOP5系列調節(jié)閥+Auma執(zhí)行機構。 

五、改造后的工藝狀況 經過充分的準備和安排,我公司減溫減壓改造計劃在99年年底停車檢修時如期進行,在將兩臺閥改造的基礎上,我們還對閥的控制系統(tǒng)進行了改造,去掉了伺服控制系統(tǒng),改在控制室內加裝強制手動的手操器,自動控制則采用DCS,在控制室的操作盤的手操器上,可實現(xiàn)手/自動切換,手動時由手操器上進行操作,自動時由DCS系統(tǒng)來執(zhí)行控制,同時在該閥的現(xiàn)場,該Auma執(zhí)行機構上還有手輪,可實現(xiàn)在現(xiàn)場進行人工調節(jié),這樣在控制上更可靠,工藝操作更靈活。 

經過上述的改造,在隨后的生產中,該減溫減壓器在運行中表現(xiàn)出了良好的工況,具體表現(xiàn)在如下幾個方面: 在使用汽輪機發(fā)電的情況下,該蒸汽調節(jié)閥關閉時,能完全關死,沒有泄露現(xiàn)象,減少了能量損失,降低了生產成本。調節(jié)特性有了明顯的改善,改造前在10T/h蒸汽流量的情況下,減壓調節(jié)閥沒有調壓能力,改造后即使在蒸汽流量只有6T/h的情況下,該減壓調壓閥均能將出口蒸汽壓力很好地控制在0.35MPa±0.02MPa的范圍內,更好地滿足了生產的需求。 

改造后,該閥的噪聲控制良好,在沒有保溫的條件下,流量在15T/h時,離該閥0.5米處測得的噪聲為89.2dBA;在加上保溫后,離該閥0.5米處測得噪聲為83.8dBA,完全達到了當時我們造型要求達到的降噪目標。 控制特性有了極大的提高,由于Auma電動執(zhí)行機構本身即帶有4-20mA的閥位反饋輸出,且傳動為緊湊的齒輪結構,又加上我們將自動控制必由DCS系統(tǒng)來執(zhí)行,因此大大的提高了控制精度,同時控制的可靠性和穩(wěn)定性也得到了極大的改善;在改造完全后很順利地投上了自動,控制效果非常好,減輕了操作人員的操作難度,提高了控制效率,較好地解決了自開車生產以來就遺留下來的生產難題。 

改造后,維修量極大地減少;到目前為止系統(tǒng)已穩(wěn)定可靠地運行了2年多,還沒有對該系統(tǒng)及執(zhí)行機構進行過任何維修,工藝對改造后的結果非常滿意。該系統(tǒng)自99年底改造完成后,一直穩(wěn)定可靠地運行,其中沒有出現(xiàn)過任何維修和控制非常的發(fā)問,因此我們認為,該設備的選型是成功的。 

此外,從我們的選型經歷和該閥2年多在我公司的實際運行情況來看,在大差壓,對降噪聲和防汽蝕要求較高等應用條件下,該TOP5系列的調節(jié)閥應該有廣闊的應用前景,同時該閥也給我們在調節(jié)閥選型時增加了一個非常好的選擇機會!


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