一种裂解气阀用联动机构的运动分析

郭金 杨欢 郑平阳

摘 要：联动机构是乙烯生产三阀系统中连接裂解气阀与旁路清焦阀的关键装置。裂解炉停炉进行烧焦时，需要进行管线切换，此时需要关闭裂解气阀，打开清焦阀，为了保持切换过程中管线压力的稳定，联动机构需要对旁路清焦阀的开启过程进行相关控制。本文对联动机构的运动过程进行了详细分析，为之后的联动机构设计打下了基础。

关键词：联动机构，运动过程

1.前言

1.1联动系统介绍

联动机构使用于乙烯生产装置中的三阀系统。三阀系统是在裂解气阀的旁边增加一台旁路清焦阀，通过机械方式将裂解气阀与旁路清焦阀连接在一起，当裂解气阀开、关时，通过机械方式控制旁路清焦阀的关、开，维持管线压力稳定。联动系统如图1所示，图中P1为裂解炉出口压力，P2为裂解气阀出口压力，P3为清焦阀出口压力。图中TLV为裂解气阀，Bypass DV为旁路清焦阀。

通常根据系统要求，当两台阀门运行切换时，要求P1的范围为1.5～2.2 Bar，同时为防止裂解气回流进入裂解炉引发爆炸，切换时要求0≤P1-P2≤0.2Bar，联动机构的作用就是切换时调节旁路清焦阀的行程，保证压力P1维持在许用范围内，避免出现裂解气倒流、管线超压等现象。

1.2联动机构介绍

图2为裂解气阀、旁路清焦阀和联动机构整体示意图，图中大阀为裂解气阀，小阀为旁路清焦阀，裂解气阀通过Z字型的联动机构控制旁路清焦阀的启闭，实现稳定管线压力的目的。图3为联动机构的局部示意图。实线与虚线分别表示联动机构运动起始与终止位置。O为旋转中心，B为驱动块，安装在裂解气阀的阀杆上，执行机构驱动阀杆运动时，带动驱动块运动，驱动块再带动联动机构旋转。图中A为从动块，安装在清焦阀阀杆上，当联动机构旋转时带动从动块运动。联动机构上的曲线称为工作轮廓线，驱动块和从动块沿轴线的运动即代表了裂解气阀和清焦阀的启闭运动。

由图中可以看出，驱动块的工作轮廓线由两部分组成：工作轮廓线与行程重合的竖直段、与行程有夹角的倾斜段。当驱动块在竖直段运动时，联动机构不旋转，称为联动机构休止区。当驱动块在倾斜段运动时，将带动联动机构旋转，通过左侧轮廓线带动从动块按照一定规律运动，称为联动机构工作区。休止区与工作区的交点称为切换点。联动机构设计的难点即工作轮廓线的求解，以及切换点的确认。

2.联动机构的运行分析

因裂解气阀与清焦阀的口径不同，其次两台阀门的出口压力不同，且切换时裂解炉出口压力要求范围不同。这些原因使得两台阀门在开关的相互作用中，行程不是简单的线性对应关系，不能按照比例关系进行求解。但在切换时，为了维持压力稳定，两台阀门的行程是相对固定的，故本文仅以裂解气阀关闭与清焦阀开启过程进行举例说明。

2.2裂解气阀与清焦阀的运行分析

图4为裂解气阀与清焦阀的运行示意图，图中Ⅰ为联动机构休止区，Ⅱ为联动机构工作区，O为联动机构的旋转中心， 为裂解气阀全开位置， 为裂解气阀全关位置， 为切换点位置， 、 分别为清焦阀对应裂解气阀相应行程上的点。图5为两阀运行过程中，关键位置示意图。从图中可以看出，根据关键位置的不同，可以将工作区的运行过程分为三个阶段。分别描述如下：

Ⅱ1阶段：裂解气阀部分关闭，清焦阀即将开启；

Ⅱ2阶段：裂解气阀开度为零，清焦阀部分开启；

Ⅱ3阶段：裂解气阀完全关闭，清焦阀完全开启。

图中的 和 分别为裂解气阀与清焦阀的过渡区。过渡区的存在主要是阀门结构影响。

2.2各个阶段压力P1的变化分析

当裂解气阀逐渐关闭至Ⅱ1开始时，此时清焦阀处于关闭状态，故压力P1将逐渐升高；当裂解气阀继续关闭至Ⅱ1结束时，此时清焦阀即将有开度，压力P1达到最大值；当运行至Ⅱ2阶段结束时，压力应稳定在许用范围内；当运行在Ⅱ3过程中时，压力P1将逐渐降低，最终随着裂解气阀完全关闭时，压力P1下降至最低。压力P1最大值所对应的裂解气阀行程上的点称为临界点。

3结论

本文对联动机构进行了介绍，描述了联动机构的工作原理及使用工况，并对其动作過程进行了详细分析，使联动机构的运行过程简单易懂。

通过上述对联动机构运行过程分析可知联动机构设计的难点即工作轮廓线的求解，以及切换点的确认。对于求解部分的介绍可以参见裂解气阀用联动机构的设计。

参考文献：

1.陆建新，丁英仁，裂解气阀和清焦阀的选型及使用，乙烯工业，2011。

2.杨源泉主编.阀门设计手册.北京：机械工业出版社，1992.12

作者简介：

郭金（1985.12--）；性别：男，籍贯：河北唐山，学历：研究生，毕业于：哈尔滨工业大学；现有职称：工程师；