減溫減壓器調(diào)節(jié)閥優(yōu)化改進(jìn)方案

一、減溫減壓器調(diào)節(jié)閥優(yōu)化改進(jìn)方案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(chǎn)中，有一臺關(guān)鍵設(shè)備為減溫減壓器，該設(shè)備將鍋爐生產(chǎn)的蒸汽(在不通過汽輪機(jī)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(shè)備自公司生產(chǎn)以來，連續(xù)運行了4年多，基本上能滿足公司生產(chǎn)的要求：但在這4年多的運行期內(nèi)，我們也發(fā)現(xiàn)該設(shè)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(jī)發(fā)電的情況下，在該種條件下，該減壓閥該是*關(guān)死的，但由于雙座調(diào)節(jié)閥本身的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量等問題，該調(diào)節(jié)閥在全關(guān)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(chǎn)成本。

    ◆調(diào)節(jié)范圍小：從雙座調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性可知，該調(diào)節(jié)閥的調(diào)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(fù)荷運行時(蒸汽產(chǎn)能在l0T／h時)，該減壓閥無法完成對蒸汽壓力的調(diào)節(jié)，即在蒸汽流量小于10T／h時，無法對蒸汽壓力進(jìn)行調(diào)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(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥桿的聯(lián)結(jié)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(diào)節(jié)過于復(fù)雜，由于用于伺服放大器和反饋板上的電子元件器件未經(jīng)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(jī)構(gòu)與閥的聯(lián)結(jié)設(shè)計不合理，多支點的杠桿聯(lián)結(jié)方式雖然滿足了將角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力的放大，但由于杠桿各聯(lián)結(jié)點存在較大的機(jī)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(chǎn)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(shè)備在當(dāng)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(chǎn)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(shè)備所存在的問題，更好的滿足工藝安全生產(chǎn)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(jìn)行改造。



    根據(jù)工藝的要求及公司目前的生產(chǎn)狀況，該兩臺調(diào)節(jié)閥應(yīng)滿足如下的工藝生產(chǎn)條件：
a)蒸汽減壓調(diào)節(jié)閥：
    工藝管徑： 150mm(DN150、PN10)
    介質(zhì)：蒸汽
    溫度：Max 430℃
    流量： Qmin 4T/h Qnor 15T/h Qmax 20T/h
    進(jìn)口壓力：2.45MPa
    出口壓力：0.35MPa
    配電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電源為220VAC/50Hz
    輸入信為： 4－20mA
    閥位反饋信號為：4－2OmA
    執(zhí)行機(jī)構(gòu)上帶手動開／關(guān)手柄或手輪
b)減溫水閥：
    工藝管徑：32mm(DN32、PN10)
    介質(zhì)：水
    溫度：108℃
    流量：Qmax 2500kg/h
    進(jìn)口壓力：3.0MPa
    出口壓力：0.4MPa
    配電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電源為220VAC/50Hz
    輸入信號為：4—20mA
    反饋信號為：4—20mA
    執(zhí)行機(jī)構(gòu)上帶手動開/關(guān)手柄或手輪
    根據(jù)以上的工藝條件，我們將調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)分開選型，首先確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，然后再選調(diào)節(jié)閥，再由調(diào)節(jié)閥的供貨商提供成套。



二、減溫減壓器調(diào)節(jié)閥優(yōu)化改進(jìn)方案電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型
    根據(jù)工藝運行的需要及工藝人員的要求，此調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)我們決定選用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為此就我們所掌握的資料，經(jīng)多方比較我們選擇如下三家在世界范圍內(nèi)較的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)專業(yè)生產(chǎn)廠家。電動雙閥座蒸汽減壓閥主要由閥體、閥座、閥瓣等零件組成,采用雙閥座、雙錐體閥瓣的結(jié)構(gòu)。采用壓力平衡式閥瓣,通過閥瓣升降調(diào)節(jié)壓力可配用ZKZ-BC型或其它型直行程電動執(zhí)行器實現(xiàn)遙控和自動控制。本系列產(chǎn)品的減壓比用到0.6較為合適。本產(chǎn)品主要用于蒸汽管路,調(diào)節(jié)壓力。廣泛應(yīng)用在熱電聯(lián)產(chǎn)、輕紡、印染、石化、制糖等行業(yè)。


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10cm處的溫度為220℃左右，在此點往上再上移15cm，此處溫度為72℃，而目前廠應(yīng)用了3000多臺套，具體在類似我公司所用的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)處的溫度為56℃．根據(jù)我們這幾年的使用KOSO的經(jīng)驗來看，KOSO對環(huán)境溫度是小于60℃，但在57℃左右時，此電動機(jī)構(gòu)即出現(xiàn)工作不正常的情況。因此，KOSO的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(kuò)展為0℃~120℃，而在我們的此處應(yīng)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(jī)額定輸出力矩為250N·M，但在給減壓閥出力時應(yīng)用了一個杠桿，將此力放大了6倍(現(xiàn)場杠桿力臂分別為65cm比11cm)。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(jī)構(gòu)來說已是上限了，沒有余量，因此只Auma及Rotork可以。
3>應(yīng)用情況：
    ◆KOSO電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在我公司電站已有較多的應(yīng)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(jī)構(gòu)我公司的維修人員有對該產(chǎn)品的使用及維修經(jīng)驗，據(jù)維修人員反映，此執(zhí)行機(jī)構(gòu)在用了十幾年后，，均能一直很好的工作，維修量極少，建設(shè)我們用此執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
    ◆Rotork電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在我們的兄弟單位有應(yīng)用，該廠的電站有幾臺調(diào)節(jié)閥也是用的Rotork的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，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(jīng)我們的了解比較，Auma價格在二者間。



三、減溫減壓器調(diào)節(jié)閥優(yōu)化改進(jìn)方案調(diào)節(jié)閥選型
    由于調(diào)節(jié)閥的選型，涉及到的因素較多，考慮的因素也很復(fù)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(shè)備對我們來說既關(guān)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(wù)，提供及時的技術(shù)支持。
    • 必須是世界上有名的且在此方面有較優(yōu)良的生產(chǎn)及服務(wù)業(yè)績的大生產(chǎn)廠家，此點主要從產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)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(jīng)過多次聯(lián)系，反復(fù)核實有關(guān)的技術(shù)及工藝參數(shù)，均做出了選型，且三家均在選型中提供了調(diào)節(jié)閥選型計算書（均按我方要求，配Auma電動頭，并調(diào)試好，總成交貨），從該調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)上可知為不平衡閥，一般介質(zhì)流向為下進(jìn)上出(Fisher及Samson均選此種調(diào)節(jié)閥)，該類調(diào)節(jié)閥的閥芯是通過上下行程方式來控制介質(zhì)流量的，因而配該調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為直行程機(jī)構(gòu)：而NELES的TOP5系列調(diào)節(jié)閥為球閥結(jié)構(gòu)，閥芯通過0—90度的開關(guān)角度來控制介質(zhì)的流量，因而配該調(diào)節(jié)閥的的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)；


下面就此三家廠家所報的兩種閥型比較如下：
    l>調(diào)節(jié)閥在工作時對執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力的要求
    單座調(diào)節(jié)閥由于本身設(shè)計原理和結(jié)構(gòu)的原因，在大差壓的情況會產(chǎn)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)調(diào)節(jié)閥及21Kg／cm2 的差壓，所產(chǎn)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(jī)構(gòu)出力要有大于此不平衡力才能關(guān)閉此調(diào)節(jié)閥，因此電動頭的功率要較大，而且單相220VAC的電機(jī)已滿足不了此要求，必須要三相380VAC的電機(jī)才能產(chǎn)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(jī)產(chǎn)生的推力大，因而電機(jī)功率也要大，對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)提供的是力矩，比直接作用在調(diào)節(jié)閥上的推力要小得多，經(jīng)他們計算，認(rèn)為只需8ON·M的扭矩即可，這樣電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(diào)節(jié)閥噪聲與汽蝕：
    在調(diào)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(zhì)為高溫高壓的蒸汽。就調(diào)節(jié)閥來說，前后差壓愈大，介質(zhì)流速就愈大；流速愈大，則產(chǎn)生的噪音就愈大；同時對閥芯和閥內(nèi)件的破壞也愈大。噪聲產(chǎn)生后，不僅嚴(yán)重?fù)p傷閥芯和閥座，在嚴(yán)重的情況下，還能對閥的下游工藝管道引起共振，嚴(yán)重影響工藝的正常生產(chǎn)：另外噪音對工人的人身健康也產(chǎn)生極大的危害，依據(jù)國家《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》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，噪聲不超過115dBA．除此之外，伴隨著噪音的產(chǎn)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(yán)重影響調(diào)節(jié)閥的工作質(zhì)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(diào)節(jié)閥內(nèi)件采用了很好的降噪及消除汽蝕內(nèi)件,即Q—Trim降噪件,該Q—Trim內(nèi)件的結(jié)構(gòu)如下：
    從該結(jié)構(gòu)圖中，我們可了解到，該閥的球芯上已做成了多孔多級的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與通常所說的球閥已有本質(zhì)的區(qū)別，除繼承了球閥的基本特點：如緊密的關(guān)閉，全通徑高流量，內(nèi)阻小等外，還有如下新的特點：如低噪聲，高調(diào)節(jié)比，調(diào)節(jié)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)范圍內(nèi)無工作死區(qū)和遲滯等，由于具有這些特點，因而提高了該調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性。
    在采用了具有降噪功能的Q—Trim內(nèi)件外，為了更好的達(dá)到我們的降噪要求，該調(diào)節(jié)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，此調(diào)節(jié)閥的噪聲控制得非常好(加降噪音衰關(guān)板具體結(jié)構(gòu)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(nèi)件和噪音衰減板(attenuator plate)之間再加一個降噪器(diffuser)，具體結(jié)構(gòu)如圖三所示，這樣在一臺閥上可實現(xiàn)三級降噪；因此從該調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)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，此調(diào)節(jié)閥所產(chǎn)生的噪聲為91．85dBA，而且根據(jù)我們的工藝指標(biāo)，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(chǎn)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(dá)到噪音在85dBA以下，從而達(dá)到國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在三個廠家的選型中，Neles所選的TOP5系列調(diào)節(jié)閥的噪音控制是，很好地解決了在此大差壓中產(chǎn)生噪聲的問題，這樣就為此調(diào)節(jié)閥今后的使用狀況及使用壽命，打下了良好的基礎(chǔ)。
3)調(diào)節(jié)特性
    三家公司均對所選型號的調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性做了說明，即等百分比調(diào)節(jié)，但Neles的計算書中，對我們的工藝條件中的三個代表性的工藝流量點，即20T／h、15T／h、4T／h所對應(yīng)的調(diào)節(jié)點進(jìn)行了計算，分別對應(yīng)：59.67％、49.02％、1 6.3 8％。即在等百分比調(diào)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(diào)節(jié)特性是最為理想的。
4)使用情況
    三家公司所生產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥在我國均有應(yīng)用的實例：Samson的閥門在上海氯堿廠及國內(nèi)其它地方有大量的應(yīng)用，F(xiàn)isher調(diào)節(jié)閥在我國也有非常廣泛的應(yīng)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(diào)節(jié)控制)，Neles上海辦事處給我們提供了如下四個應(yīng)用實例一直工作穩(wěn)定可靠，基本上沒有出現(xiàn)故障，只是在該調(diào)節(jié)閥運行近4年后，進(jìn)行日常拆下檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題，安裝后運行至今。



四、減溫減壓器調(diào)節(jié)閥優(yōu)化改進(jìn)方案結(jié)論
    通過對此三家的產(chǎn)品分析和比較，結(jié)合我公司工藝生產(chǎn)情況，我們認(rèn)為在電站減溫減壓器的改造中，選用 Neles公司的產(chǎn)品是可行的，在各項技術(shù)、指標(biāo)中也能*我們工藝及技術(shù)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(shè)備選型方案為： 



五、減溫減壓器調(diào)節(jié)閥優(yōu)化改進(jìn)方案改造后的工藝狀況
    經(jīng)過充分的準(zhǔn)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(jìn)行，在將兩臺調(diào)節(jié)閥改造的基礎(chǔ)上，我們還對調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，去掉了伺服控制系統(tǒng)，改在控制室內(nèi)加裝強(qiáng)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(jìn)行操作，自動時由DCS系統(tǒng)來執(zhí)行控制，同時在該調(diào)節(jié)閥的現(xiàn)場，該Auma執(zhí)行機(jī)構(gòu)上還有手輪，可實現(xiàn)在現(xiàn)場進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，這樣在控制上更可靠，工藝操作更靈活。
    經(jīng)過上述的改造，在隨后的生產(chǎn)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(jī)發(fā)電的情況下，該蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時，能*關(guān)死，沒有泄露現(xiàn)象，減少了能量損失，降低了生產(chǎn)成本。調(diào)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(diào)節(jié)閥沒有調(diào)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(diào)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(nèi)，更好地滿足了生產(chǎn)的需求。
    改造后，該調(diào)節(jié)閥的噪聲控制良好，在沒有保溫的條件下，流量在15T／h時，離該調(diào)節(jié)閥0.5米處測得的噪聲為89.2dBA；在加上保溫后，離該調(diào)節(jié)閥0.5米處測得噪聲為83.8dBA,*達(dá)到了當(dāng)時我們造型要求達(dá)到的降噪目標(biāo)。
    控制特性有了極大的提高，由于Auma電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身即帶有4-20mA的閥位反饋輸出，且傳動為緊湊的齒輪結(jié)構(gòu)，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*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(chǎn)以來就遺留下來的生產(chǎn)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(jī)構(gòu)進(jìn)行過任何維修，工藝對改造后的結(jié)果非常滿意。該系統(tǒng)自底改造完成后，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(rèn)為，該設(shè)備的選型是成功的。
    此外，從我們的選型經(jīng)歷和該調(diào)節(jié)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(yīng)用條件下，該TOP5系列的調(diào)節(jié)閥應(yīng)該有廣闊的應(yīng)用前景，同時該調(diào)節(jié)閥也給我們在調(diào)節(jié)閥選型時增加了一個非常好的選擇機(jī)會！