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轉鼓復合肥裝置進管式反應器渣酸料漿調節閥損壞原因分析及選型建議——對轉鼓復合肥裝置進管式反應器渣酸料漿調節閥FV-04601內漏，閥內件損壞原因的分析，Cv值的重新計算，以及運行數據的收集和思考，選擇籠套型旋塞閥，運行良好，為裝置安穩長滿優運行，提供了可靠保證。
本文刊登於PROCESS《流程工業》2022年第02期
《調節閥使用與選型的思考》
文/祁維軍，胡彥文
本文作者供職於青海雲天化國際化肥有限公司
轉鼓復合肥裝置自開車以來，渣酸調節閥存在兩個問題：第一，長期小開度運行，閥門開度在5%左右，導致很難控制，無法投自動；第二，閥門襯套沖刷損壞，閥芯腐蝕，導致內漏，甚至閥芯碎裂、卡死導致停車。
前後使用過FLOWSERVE旋塞閥、YADI旋塞閥、SZZ陶瓷閥以及FLYGER球閥，均無法滿足長周期運行的工藝要求，具體情況見表1。
表1 閥門使用情況表
2019年3月27日使用AZ籠套型旋塞閥，在運行中周期檢查，跟蹤運行情況，並無異常；2020年裝置度大修，解體檢查發現籠套有腐蝕情況，但不影響工藝指標的控制。2020年5月9日更換新備件。AZ籠套型旋塞閥在線運行時長13個月，可以保證裝置長周期運行。
對閥門常在小開度運行原因分析
通過查詢原設計資料發現，原設計的閥門流量為7.5~30m3/h；而工藝技術人員根據現在裝置運行情況給出的工藝流量為3.5~18m3/h，見表2；所以原設計閥門的流通能力偏大，要根據實際工藝參數計算閥門的流通能力Cv值，選擇相應的調節閥。
調節閥長期小開度運行，也導致閥門進口和出口閥座襯套長期沖蝕，襯套損壞，出現內漏，閥門的調節性能更低，導致控制渣酸流量更難。
表2 工藝參數表
計算調節閥流通能力係數Cv值
由工藝提供渣酸流量調節閥FV-04601工藝參數由表2得知：
調節閥閥前壓力：P1=0.8MPa
調節閥閥後壓力：P2=0.45MPa
調節閥最大流量：Q=18m3/h
溫度選擇：T=60℃
渣酸比重：Gf=1.45
首先判斷是否為阻塞流。
判別式：FL2(P1-FFPv)
籠套型旋塞閥與V型球閥相近，查表：FL=0.57
渣酸溶液以水估算，查表：60℃的飽和蒸氣壓：PV=0.02
查臨界壓力表：FF=0.95
故FL2(P1-FFPv)=0.572×(800-0.95×0.02)=260KPa
因為ΔP=P1-P2=0.8-0.45=0.35MPa=350KPa
及ΔP＞FL2(P1-FFPv)，所以產生阻塞流。
流量係數的計算
根據計算Cv，從產品標準系列中，選取大於計算Cv值，並最接近一級的閥門。選擇Cv值為31的旋塞閥，進行模擬驗算開度和流量，能滿足工藝操作要求，見表3（數據來自AZ廠家Cv值驗算出廠報告）。根據《自動儀表選型規定》(HG20507—1992),等百分比特性閥門，最大開度≤90%，最小開度≤30%，閥門選擇符合規定。
表3 模擬驗算開度、Cv值和流量表
表4 原設計閥門和現使用閥門比較表
在實際運行過程中，也得到了驗證：例如2021年3月11日，生產硫銨產品時，流量11m3/h，閥門開度65%；其他配方的產品生產，FV-04601運行也很穩定。原設計旋塞閥Cv值172，流通能力超出實際所需值5倍多，平時開度在5%~10%，可調區間太小，又內漏基本無調節功能，全靠手動閥控制工藝指標。閥門Cv值選擇太大，也是導致閥門長期小開度運行和無法準確控制的根本原因。
旋塞閥門內漏的分析
內漏主要出現在FLOWSERVE的旋塞閥和YADI的旋塞閥，解體檢查，都是閥門小開度時，PTFE襯套接液部分損壞，閥芯表面有白色晶體，很難去除。分析有兩個原因：第一，在小開度時，介質流速最高，根據介質成分表5，含固量在5%~20%，當介質高流速或壓力損失和含固體介質流過PTFE襯套時，對其造成沖刷，磨損最嚴重；長時間在小開度運行，造成襯套損壞，如圖1和圖2所示，也導致內漏增大；第二，工藝水以渣場回水為主，會有氟矽酸鹽產生，如氟矽酸鉀和氟矽酸鈉性質，均為白色微不溶結晶，幾乎不溶於冷水，在熱水中水解成氟化鉀、氟化氫及矽酸，其水溶液呈酸性，微量結晶體吸附於閥芯，增大閥芯的表面粗糙度，長時間開關調節，會對襯套有磨損。
表5 工藝介質成分統計表
| 圖1 普通旋塞閥小開度，沖刷襯套 | 圖2 旋塞閥襯套沖蝕損壞 |
球閥卡死的原因分析
陶瓷閥在使用過程中，隨運行時間變長，閥門會出現卡澀現象，閥芯和閥座表面有白色結晶，一個月左右會出現閥座、閥芯碎裂的現象，如圖3所示。
圖3 陶瓷球閥閥內件碎裂
原因分析：第一，由表5看出，介質含有矽酸鹽，會隨時間有微量吸附閥內件，增大了閥芯和閥座之間摩擦阻力，開關力矩變大，當超過陶瓷閥內件的可承受扭力時，造成閥內件碎裂；第二，在開車過程中，根據管式反應器運行狀態，使用中壓蒸汽不定期吹掃管道，壓力在0.8MPa左右，溫度在170℃左右，冷熱介質交替，陶瓷和閥體受熱膨脹係數不同，導致陶瓷加劇疲勞；第三，介質比較髒，有編織袋，微小顆粒等異物，進入閥體腔室，卡在閥芯和閥座之間，開關力矩增大；第四，介質由於有氟離子，氫氟酸，會對陶瓷有腐蝕性也加速了閥內件的損壞。
閥內件腐蝕原因分析
以磷酸為主要原料生產復合肥時，渣酸介質複雜，以渣場回水作為尾洗工序的洗滌液，在預洗槽加入硫酸，在管反槽加入磷酸，配比25%~30%；從表5中看出還有Ｆ－、Ｋ＋、Ｎａ＋、CL-以及SO42-等離子，對金屬腐蝕很厲害，管道材質為904L，FLOWSERVE的旋塞閥、YADI的旋塞閥、AZ旋塞閥的閥體和閥內件材質都是CD4MCu，屬於雙相不鏽鋼，耐腐蝕(磷酸)優於904L。2020年4月份調整生產工藝為半料漿生產法，調節閥FV-04601主要介質調整為MAP溶液，AZ旋塞閥運行15個月後，發現籠套有比較嚴重的全面腐蝕。僅渣場回水中磷酸的含量＜1%，但是硫酸的量有所增加（0.5~1.0m³/h），因為904L可以解決硫酸、磷酸的全面腐蝕問題,又可以解決氯化物點腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕和晶間腐蝕問題，在半料漿生產生產工藝中，閥內件選904L會更耐腐蝕,這需要在今後的使用中去驗證。
渣酸調節閥選型方面的思考
調節閥選型Cv值計算要準確
選型首先要根據實際工藝參數來計算調節閥Cv值，進行選型，避免小開度運行。Cv值計算是否準確，主要決定於產品部工藝參數提供得是否準確，必須重視。
調節閥類型選擇要適合實際生產的工藝
渣酸介質中有產生結晶的因子，而且介質中有編織袋碎屑、微小顆粒等異物，所以不能選擇球閥。籠式旋塞閥比較合適，第一因為閥芯少量結晶，不會導致與PTFE閥座卡死，PTFE比金屬軟，又有自潤性能和抗變形能力；在PTFE中添加一定比例的玻璃纖維，襯套的抗衝擊強度和耐磨損度提高30%，可以在220~250℃長期使用。第二流體經過籠式旋塞閥時，只有內閥芯（籠套）被沖刷，很好地保護了襯套的沖蝕,如圖4所示，避免出現內漏，可以長周期使用。如果腐蝕而損壞，也不影響調節閥的正常工作。第三籠式旋塞閥的流道雖有縮頸，但全開時閥芯對介質流通無任何阻擋，與O型球閥相似，介質有雜物，也不會堵塞閥芯。且流路簡單，流阻很小，具有高壓力恢復能力。
圖4 籠套型旋塞閥小開度，襯套保護
根據閥門運行情況和生產工藝嘗試新材料半料漿生產工藝中，對於閥芯的腐蝕，可以嘗試904L材質的閥內件；也可以嘗試閥內件噴塗特種陶瓷，提高抗沖蝕強度和耐腐蝕能力。
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小結
轉鼓復合肥裝置渣酸調節閥FV-04601選籠式旋塞閥,適合本裝置的長周期運行；對於閥內件的腐蝕，要繼續收集工藝數據，進行分析，並嘗試新材料。
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本文系「流程工業」首發，未經授權不得轉載。版權所有，轉載請聯繫小編授權（id：msprocess）。
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