离子膜烧碱装置中选择控制阀的建议

2012-08-15闫莉莉冯利明

河南化工 2012年12期

闫莉莉，冯利明

(焦作煤业(集团)开元化工有限责任公司，河南焦作 454191)

离子膜电解制碱工艺是国内近些年来氯碱行业广泛采用的一种制碱方法，具有工艺先进、自动化程度高、保护环境等特点。我公司离子膜烧碱装置中所用的控制阀就是常用的过程安全控制机构，它的种类较多，应用广泛，选材严格，如果控制阀选型或材质选择错误，轻则造成介质泄漏、仪表损坏，重则引起装置停车甚至发生严重事故，可见控制阀在整个离子膜烧碱系统中的重要性，它在仪表投资中占60%以上。因此选用控制阀必须要选择经济、适用、安全的控制阀。

1 控制阀阀体类型的选择

选择控制阀阀体类型，必须要仔细分析控制介质、工艺条件和工艺参数，了解系统对控制阀的要求，才能确定控制阀类型。在满足使用要求的前提下，应综合经济效益来考虑，选择使用寿命较长、结构简单、维护方便、产品价格适中的阀门。离子膜法制碱装置介质主要有盐水、烧碱、盐酸、氢气、氯气、水、水蒸气等，腐蚀性强、易结晶、易燃易爆、有毒有害，由于温度压力比较低，自控系统主要为顺序控制和回路调节。因此，装置中应用的阀门主要以直通单座阀、蝶阀以及隔膜阀为主。

1.1 直通单座控制阀

此类控制阀的特点是泄漏量小，单阀芯结构容易密闭，甚至可以完全切断，不平衡力较大，尤其在高压差、大口径时不平衡力更大，因此，它适用于低压差场合。离子膜装置应用此类阀门比较适合，主要多用于回路调节，介质主要是蒸汽、水和盐酸。由于单座衬里的阀门价格比较高，用于盐水介质时，在盐水管线管道口径小于DN50时才考虑用单座阀。

1.2 蝶阀

蝶阀结构简单，特别适合于大口径、大流量、低压差的场合。由于这种阀具有自清洗功能，适用于有悬浮颗粒物和浓浊浆状的流体。由于离子膜烧碱工艺都是低压差，不会出现大压差时蝶阀阀板关死后打不开的情况，而且蝶阀比单座阀便宜，在大口径的工况下，均采用蝶阀作开关阀和调节阀用，既节省了投资又取得了良好的应用效果。

1.3 隔膜阀

隔膜阀采用耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀的隔膜，可以完全避免金属阀体的腐蚀，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的调节和切断，流量特性近似快开。隔膜阀因为受隔膜衬里的限制，耐压、耐温性能较低。当工作压力小于1.0 MPa时，密封性较好，由于没有使用填料，所以避免了泄漏。隔膜阀的流量特性不是很好，特别在小口径下用于调节时不是太理想。它在离子膜装置二次盐水精制工序中管道口径为DN50以下、介质为盐酸和碱的管线上，作为切断阀使用。

2 阀门材质的选择

阀门材质的选择必须根据工艺介质的温度、压力、流体的腐蚀性、流体在阀内是否闪蒸、空化以及成本等方面来选择合适的耐腐蚀材料。原则是阀体材质要和所连接的工艺管道材料相同或高出一个等级;阀芯、阀座、阀杆等与介质接触的关键部件材质至少与阀体材质相同或高于阀体材质，执行机构、定位器等其他非接液部件的材质根据环境状况适当选用。基于上述选择要点，在离子膜制碱装置中，用在一般介质中，如水、蒸汽、压缩空气、氮气、氢气等，阀体材质一般选用铸钢或不锈钢，接液部分选用不锈钢，用在腐蚀性介质中，如盐酸、盐水、氯气、硫酸等，阀体材质一般选用钢衬四氟，接液部分选用PTFE/PVDF隔膜、PTFE或 PFA衬里的阀门。浓度为32%、温度为80℃以上的烧碱，如果选单座阀，阀门的接液部分选用哈氏合金C，如果烧碱温度为40℃左右时选用SUS316，也有的采用SUS304。在采用SUS304时，如果工艺系统操作不当，有时烧碱的温度会高于40℃，这时会有铁离子析出，容易使系统的铁离子含量在装置运行后期显著增加，进而降低离子膜电解槽的使用寿命，一般在设计时不推荐使用SUS304。

3 阀门口径的确定

阀门口径的准确程度对工艺参数的控制起着至关重要的作用。口径过小，会使调节阀不能通过工艺对象要求的最大流量，或使能耗增加;口径过大，不仅使投资增加，而且使控制阀经常在小开度条件下工作，容易造成控制系统不稳定。阀门口径的确定需要充分考虑工艺、设备提供的设计条件。仪表专业根据工艺专业提供的流量、阀前压力以及阀后压力、工作温度以及介质的理化参数，计算出流量系数CV值，从而确定阀门的形式，从生产厂家获取的控制阀选型本中，找到对应产品标准的特性曲线，查取额定流量系数不小于并接近于计算出的 Cvmax值的一个数值，作为最终选定的流量系数 C100，与C100相对应的控制阀口径和行程，即为最终选择的控制阀口径。还要根据经验和项目的实际使用情况来验证所确定的口径是否合适，如果有必要复核，就要从工艺提供的参数开始，查找问题原因。最终选定的控制阀口径，既要保证工艺对象要求的最大流量，又不留过多的余量，同时控制阀的行程又能在合适的范围。根据经验，蝶阀开度为40°左右，单座阀开度为80%左右，隔膜阀开度为40%～50% 比较合适。如果阀门作为切断阀，就不需要计算阀门口径，与管道口径保持一致即可。

4 执行机构

阀门执行机构分为气动和电动两种，气动执行机构又分为薄膜式和活塞式。在离子膜烧碱装置中，阀门主要以压缩空气作为气源动力，选择气动执行机构。依据工艺提供的阀门故障位，正确选择气开或气关的作用方式，故障开对应气关，故障关对应气开。执行机构的选型需要计算不平衡力或不平衡力矩，它的计算取决于很多因素，如控制阀阀体形式、阀芯形状面积、阀门前后压差、流开、流闭形式、介质工艺参数等。设计时，执行机构一般由阀门厂家根据用户提供的工艺数据以及要求、阀门打开和关闭需要的时间等选配执行机构。

5 阀门附件的选择

附件装置作为控制阀的一部分，应根据工艺过程和调节的要求来选择。在离子膜烧碱装置中常用的附件主要有(电—气)阀门定位器、电磁阀、位置指示开关、过滤器减压阀等。选配阀门定位器主要为提高控制阀响应速度、分程调节和改变控制阀的流量特性等。在防爆界区内的阀门，必须选用隔爆(ExdIICT6以上)或本安型(ExiaIICT4以上)电—气阀门定位器，数字式阀门定位器(也就是智能阀门定位器)的使用极大地提高了控制阀的调节性能，并有取代传统机械阀门定位器的趋势。我公司离子膜装置中全部采用智能式阀门定位器，主要有德国西门子和日本山武两种并带HRAT通讯，这种定位器可大大提高过程控制的品质，增强系统运行的安全性与稳定性并可远离现场对阀门进行调试。电磁阀是气动开关阀必配的装置，主要有二位三通和二位五通2种作用方式，它可根据开关阀的作用形式(单或双作用)而有不同选择，单作用选2位三通，双作用选2位五通，电源选24VDC。位置指示器反映开关阀全开/全关2个极限位置，维修及操作人员可以根据此信号判断开关阀的开、关状态，主要用在过程控制以及事故状态的联锁保护等装置上。