高压调节阀创新设计与应用

（中国石油乌鲁木齐石化公司化肥厂，乌鲁木齐 830019）

高压调节阀创新设计与应用

陈德福,沈新群

（中国石油乌鲁木齐石化公司化肥厂，乌鲁木齐 830019）

该调节阀运行期间所产生的噪音、振动，致使调节阀无法正常运行，直接影响装置正常运行。通过实践和探索，自主创新设计改造了该阀。

调节阀噪音；振动；阀杆脱口；运行周期短

0 引言

乌石化化肥厂二尿素装置2NS-HV-301调节阀主要作用是控制低压返回高压甲铵液量。在低压循环工段生成浓度约为60%浓度的甲铵液，由高压甲铵泵打压，出口有两个调节阀，一个是2NS-HV-301控制甲铵液返回高压系统，一个2NS-FV-153控制返回低压循环。由于高压甲铵泵为高速离心泵，正常运转时满足最低流量不得低于18m3/h，而且转速高、出口背压高，正常生产时2NSFV-153关闭，完全靠2NS-HV-301控制甲铵泵打量，同时参考低压甲铵冷凝器储槽液位LC304，保证甲铵泵入口总量在20～28m3/h,。在开停泵过程中通过2NS-HV-301及2NS-FV-153互相配合开关稳定甲铵泵打量。一旦该阀失灵或线性不好，一方面会造成高压甲铵泵故障，轻则使甲铵泵损坏，重则管线、设备静密封点撕裂，带来环境污染或人员受伤重大事故，同时使高压系统不能正常运行，导致装置全面停车，如图1所示。

在2012年9月发现该阀严重振动，噪音极大，噪音达到180分贝以上，振动值高达29.8mm/s，振幅也相对很高。造成填料冲出，阀门定位器反馈杆振松致使脱落，阀杆与推杆连接块滑丝。无法开车保证装置正常运行。

1 基本数据

2NS-HV-301阀型号：88-41611、公称直径：100A×80A、压力等级：ANSI 1500# RTJ、阀作用：气开、流量特性：等百分比、计算Cv值/额定Cv值：43.7/60、阀体、阀芯材质：SUS316L、介质：尿液、最大/正常/最小流量：59600/41600/33280Kg/h 、阀前/阀后压力：15.7/15.5MPa (G) 、操作温度：75℃。

2 原因分析

通过观察和现场分析，本文认为调节阀固有振动频率与管道固有振动频率相同，造成调节阀振动振幅很高，致使调节阀阀杆振动，填料被振松，阀芯阀杆连接发生连接断裂，在15.7MPa （G）压力之下不得不被破坏。

根据调节阀基本原理可知：调节阀在高压情况下，根椐阀位最小控制在10%以上是最合理的。但是，2NSHV-301控制阀位最大才有3～8%阀位之下，调节阀在小开度以下长期工作最容易产生高频震荡，磨损等。同时对调节阀内组件有着严重的破坏作用，包括阀内件冲刷腐蚀，配合间隙逐渐增大，整机同轴度下降等。这就是2NSHV-301调节阀震源的重要组成部分其中之一。

工艺数据在该阀瞬间发生急剧变化，在小开度情况下，形成较大的压差作用于该阀。该阀不能及时瞬间消耗压差所带来的振动及噪音。

2NS-HV-301调节阀振动是不可忽视的，它将产生的后果是不可估量的，如果不及时采取有效的措施解决，振动直接影响调节阀的使用寿命。本文立足改进调节阀内部结构来克服由于工艺数据发生急剧变化所带来振动及噪音[1]。

3 创新设计与改造，改进高压调节阀结构

首要解决的是阀杆断裂问题，本文采用长期在化肥厂使用的高强度阀杆连接设计，使阀芯与阀杆保证不再发生断裂。原阀杆与阀芯设计结构如图2所示，阀杆设计为φ15.7mm，从这一点可以看出，金属材料发生疲劳断裂只有在交变外力或者在高频震荡外力的作用下产生,从这一基本原理来分析, 2NS-HV-301调节阀内组件有多处配合间隙已经不符合设计要求，整机振动也来自于阀内件及流体的冲击作用下，直接选择阀杆与阀芯连接薄弱处断裂。

由于阀杆不断发生断裂，说明阀杆强度低[2]，抗疲劳强度极限短，以增强阀杆

强度为目的，将原阀杆φ15.7mm改为φ17f7,比原阀杆粗1.3mm。阀杆导向套与阀杆相配制作，填料函内孔扩大1mm，填料重新制作[3]。上阀盖阀杆导向套与改造后的阀杆采用较小间隙动配合。阀杆与阀芯连接处采用新型高强度连接方法，与改造前相比有减小应力集中、连接强度高、双保险作用等优点。其关键改造是进行阀芯降噪设计，由原阀芯结构,如图2所示。将阀芯下处改为3层降噪限流降噪板，通过设计计算，将原阀芯下部加降噪板，以减少流体和小流量高压差所产生的对阀冲击力及振动[4]。

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow diagram

图2 上图是原阀设计阀芯，下部没有降噪设计Fig.2 Above, the original valve valve core design, lower part no noise reduction design

本文将阀芯设计为降噪和减少振动为一体的阀芯结构[5]。其具体结构为外套筒设计为10组，每组5例，1例11个孔，9个小孔φ3， 2个大孔φ6，共110个孔。 再设计中套筒结构，中套筒设计为10组均布，每组3例，每组6孔，孔径φ3，共60个孔。设计内套筒，内套筒与中套筒相同，也设计为60孔，同样10组均布，每组3例，每组6孔，孔径φ3，共60个孔。然后把内、中、外3个套筒叠加，进行错位孔组焊，如图3所示。

图3 上图是内、中、外3个套筒叠加，进行错位孔组焊示意图Fig.3 Above, inside and outside, in the three sleeve overlay, dislocation of hole compound

再由原阀座高度11mm增加到40mm，增加导向长度。最后是把上面的设计成型的加工件组焊到阀芯上，如图4所示。

图4 整个阀芯设计改造完成，新阀芯结构示意图Fig.4 Whole valve core design modification is complete, the new valve core structure diagram

4 结束语

现场安装新设计阀芯结构后，经过实际应用，从2012年10月底运行至今，未发现一次啸叫声及噪音，振动值由高达29.8mm/s降低到0.8mm/s，运行极其平稳。噪音由180分贝减少到65分贝以下。显然可见，这次设计改造是通过实践证明达到了一个相当高的理想效果，是调节阀制造行业领域之中非常领先的设计，也是国内前所未有的设计改造，为化肥厂二化尿素装置长周期运行奠定一个坚实的基础。其经济效益和社会效益非常深远和重大。

[1]美 J．W．哈奇森．调节阀手册[M]．北京：化学工业出版社,1976：220．

[2]王孝天,杨源泉,贺友宗．不锈钢阀门的设计与改造[M]．北京：原子能出版社,1987．10：104阀杆的设计．

[3]章华友,晏泽荣,陈元芳．球阀设计与选用[M]．北京：科学技术出版社,1994,5：129．

[4]陆培文．调节阀实用技术[M]．北京：机械工业出版社,2006,5：683．

[5]陆培文．实用阀门设计手册[M]．北京：机械工业出版社,2002,9．

High Pressure Angle Regulating Valve Design and Application Innovation

Chen Defu，Shen Xinqun
（China petroleum Urumqi Petrochemical Co in Xinjiang chemical fertilizer plant, Urumqi 830019 China）

high pressure angle of two urea device type regulating valve HV-301 is Chinese petroleum Urumqi Petrochemical Co fertilizer second urea device an important regulating valve. Noise, vibration generated during the operation of the valve, the valve can not run normally, directly affect the normal operation of equipment. Through practice and exploration, innovation design and modification of the valve.

control valve noise；vibration；stem talk；short running period

TP273

A

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.008

2014-03-15

陈德福，副总工程师、仪表车间主任，从事仪表设备管理