旋轉(zhuǎn)閥在煉油化工裝置的如何應(yīng)用
1、旋轉(zhuǎn)閥的特點(diǎn)
閥通常分為直行程式和旋轉(zhuǎn)式兩大類。直行程閥通過一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的部件如閘板來允許或切斷物流。直行程式的閥有截止閥、閘閥、隔膜閥等。旋轉(zhuǎn)式的閥通過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的部件來允許或切斷物流。旋轉(zhuǎn)部件能轉(zhuǎn)動(dòng)90度的旋轉(zhuǎn)閥叫1/4旋轉(zhuǎn)閥。有時(shí)候1/4旋轉(zhuǎn)閥的分類可以擴(kuò)大到轉(zhuǎn)角小于270度的旋轉(zhuǎn)閥。由定義可以看到，旋轉(zhuǎn)閥是一種通過旋轉(zhuǎn)部件如轉(zhuǎn)動(dòng)擋板旋轉(zhuǎn)90度使閥從開位變化至關(guān)位的旋轉(zhuǎn)閥。旋轉(zhuǎn)閥一般具有如下的特點(diǎn)。
（1）可調(diào)范圍寬
在流程工業(yè)中可調(diào)范圍是最關(guān)鍵的，旋轉(zhuǎn)閥的可調(diào)范圍大約為150:1（VALTEK的球閥的可調(diào)范圍可以達(dá)到300:1，蝶閥和凸輪撓曲閥的可調(diào)范圍為100:1）。對(duì)應(yīng)的截止閥的可調(diào)范圍為30:1，也就是說旋轉(zhuǎn)閥可以提供5倍寬的可調(diào)范圍。例如在最大流量是1000升/分，截止型閥能夠有效地將流量減少到30升/分，同時(shí)旋轉(zhuǎn)閥可以將流量調(diào)整到低于10升/分，對(duì)關(guān)鍵的閥控制流量越精確在流程中重復(fù)性越好，直接地降低了流程工業(yè)中不合格的產(chǎn)品。
偏心旋轉(zhuǎn)閥的兩個(gè)特點(diǎn)提高了它的可調(diào)范圍，第一個(gè)是其孔板式的設(shè)計(jì)，偏心是一個(gè)有效的1/4的園，偏心閥芯是V型的，而傳統(tǒng)的閥芯是園形的，當(dāng)偏心旋轉(zhuǎn)閥是關(guān)的時(shí)候，它的小的V型使得在低流量時(shí)形成非常精確的控制，對(duì)大流量，它幾乎將閥門打開到幾乎與管道的直徑相同。第二個(gè)特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)器的行程旋轉(zhuǎn)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有帶一定行程的膜法和氣缸兩種。1”的截止閥的行程大約是3/4”～7/8”而旋轉(zhuǎn)閥的行程超過2”。對(duì)任何其它尺寸的閥門。輸入端的行程越大，則在工作端的控制越好。
高可調(diào)比的控制閥提供按配方要求的精確的配比，而不論各流路流量的大小，傳統(tǒng)的線性或調(diào)節(jié)閥不再適應(yīng)這樣的任務(wù)，旋轉(zhuǎn)閥可以提高裝置性能同時(shí)降低控制閥在工廠生命運(yùn)行周期中的成本。
可調(diào)范圍寬的旋轉(zhuǎn)閥允許用戶提高嚴(yán)密切斷的標(biāo)準(zhǔn)，從而提高成本/效益指標(biāo)。金屬閥座加上用特殊材料制成的村里能夠延長閥門的使用壽命，提高閥門的性能。簡單的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以使維護(hù)工作量減到最少。降低業(yè)主的生產(chǎn)成本。
（2）嚴(yán)密切斷
直行程閥的軸是閥桿進(jìn)出閥體，每個(gè)周期都帶出產(chǎn)品，對(duì)于直行程設(shè)計(jì)避免泄漏是困難的，它能將不希望的產(chǎn)品帶入到生產(chǎn)過程系統(tǒng)中，并能產(chǎn)生較大的不能接受的工廠揮發(fā)性的外泄漏。旋轉(zhuǎn)閥的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)本質(zhì)上不存在這個(gè)問題，因?yàn)檫@種閥采用了低滯后，高推力的氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可提供比其它形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)更精確更高的穩(wěn)定性，有能夠提供長期嚴(yán)密切斷的金屬閥座。
（3）流通能力大尺寸小
直行程閥的流通能力是安裝閥的管道流通能力的分?jǐn)?shù)，提高流通能力的方法是提高直行程閥的尺寸，通常可能比管道還大。旋轉(zhuǎn)閥的容量大約是相同尺寸的直行程閥的2～3倍，旋轉(zhuǎn)閥能夠用于提高摻合量而不改變進(jìn)料管線的大小，可以大地降低成本，基于這個(gè)原因，部分旋轉(zhuǎn)閥已經(jīng)設(shè)計(jì)成可代替截止閥的法蘭面對(duì)法蘭面的連接形式，并配有連接螺栓，這類閥甚至比他們所替代的截止閥還便宜。
（4）抗氣蝕
在流程工業(yè)中節(jié)流可引起大量的氣蝕，氣蝕可能損壞管道，產(chǎn)生不可接受的噪音等級(jí)，同時(shí)還可對(duì)計(jì)量系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)而引起不清楚或不可靠的讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)閥具有堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，大大減少了由于水錘現(xiàn)象造成閥門動(dòng)作失敗，同時(shí)其閥芯可以吸收部分多余的能量，明顯地降低氣蝕及相關(guān)的問題。
（5）無外泄漏
標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)閥比標(biāo)準(zhǔn)的截止閥設(shè)計(jì)的外泄漏要好100倍，截止閥的閥桿的運(yùn)動(dòng)將灰塵拉出將沙子帶入閥從而損壞了石墨填料。在旋轉(zhuǎn)閥中閥桿不作任何進(jìn)出的移動(dòng)，而作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而不傷害填料，避免了外泄漏。
（6）維護(hù)費(fèi)用與備品備件
金屬座旋轉(zhuǎn)閥比截止閥的備品備件要少得多，維護(hù)通常也比較容易。
2、旋轉(zhuǎn)閥的種類
2.1、按照型式分類
旋轉(zhuǎn)閥按照型式分類有三種類型：蝶閥、球閥和柱塞閥。
蝶閥是通過擋板或葉片以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)一定角度來控制流動(dòng)的方向。擋板或葉片看起來有點(diǎn)象一只蝴蝶。蝶閥可以起切斷或調(diào)節(jié)作用，適用于漿狀或帶有固體懸浮物的流體。
球閥的閥芯是帶圓孔的球形體，當(dāng)閥處于開位時(shí)允許流體流過，將球形體轉(zhuǎn)動(dòng)90度切斷物流。球閥可以起切斷和調(diào)節(jié)作用，它的壓降小，適用于粘稠和有腐蝕性的流體、漿體低溫流體。球閥還可以用于高溫、高壓流體。
柱塞閥的閥芯是中間帶圓孔的錐形或圓柱形柱塞，當(dāng)柱塞孔和流動(dòng)方向一致時(shí)流體可以通過，當(dāng)柱塞向任何方向旋轉(zhuǎn)90度時(shí)流路被切斷。柱塞閥通常用于開/關(guān)控制。
2.2、按照操作方式分類
旋轉(zhuǎn)閥按照操作方式分類有如下類型：手動(dòng)閥、自動(dòng)閥和調(diào)節(jié)閥。
手動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥用手操作，通過手動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如手桿、齒輪、手輪等來進(jìn)行開關(guān)操作，包括一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)90度的部件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過操作閥桿和流量控制元件來開閥和關(guān)閥。
自動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥包括一個(gè)自動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用外部的能量來自動(dòng)控制或遙控閥的開關(guān)。下列情況一般應(yīng)選用自動(dòng)閥：大閥（如大于8”的閥門）、手動(dòng)操作很困難的閥門，處于有毒的或其它惡劣的環(huán)境中不可能采用手動(dòng)操作的閥門，為處理緊急情況要求閥必須迅速關(guān)閉的閥門；配合批量配方所有流路的閥門等。自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型包括液動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)等，大部分自動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥可以通過電動(dòng)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來操作。
旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥能夠在特定的開度下操作，這類閥包括一個(gè)可以根據(jù)電信號(hào)大小產(chǎn)生相應(yīng)轉(zhuǎn)角的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。蝶閥常用于低壓大口徑、對(duì)泄漏量要求不太嚴(yán)格的控制中。
旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥是一種控制閥，控制閥還包括一些直行程閥如截止閥、閘閥、隔膜閥。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)切斷閥不是控制閥，因?yàn)樗荒芟薅ㄔ陂_和關(guān)位。
3、旋轉(zhuǎn)閥的應(yīng)用趨勢
(1)自動(dòng)閥代替手動(dòng)閥已成為工業(yè)應(yīng)用的趨勢
隨著世界范圍內(nèi)流程工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，對(duì)自動(dòng)和調(diào)節(jié)型旋轉(zhuǎn)閥的需求不斷增加，同時(shí)手動(dòng)閥需求減少。這使今后閥門應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)應(yīng)在于閥的執(zhí)行器和定位器上，以使閥門能夠連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)、PLC、DCS系統(tǒng)。如采用數(shù)字定位器通過提高控制閥的精度來提高閥門的控制性能，成功的應(yīng)用有如果將ND800數(shù)字定位器用于旋轉(zhuǎn)控制閥，就能夠使工藝參數(shù)的可變范圍提高50％，再通過與控制閥的特性閥門定位器的電子特性的匹配來進(jìn)一步提高控制的性能。典型應(yīng)用有采用HART網(wǎng)的FieldBrowser軟件。
與切斷閥相比，控制閥更適用于連續(xù)生產(chǎn)過程。通過調(diào)節(jié)功能，控制閥能夠根據(jù)輸入?yún)?shù)來改變流量的大小以保持設(shè)定值不變。在許多情況下，切斷閥和控制閥二者均需要，如在煉油廠中，1/4旋轉(zhuǎn)切斷閥被用作安全切斷閥。一個(gè)控制閥通常與兩個(gè)切斷閥一起使用，當(dāng)拆卸控制閥時(shí)起到隔離和切斷物流的作用。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將會(huì)逐步取代氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因?yàn)殡妱?dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不需要安裝和維護(hù)供管線和壓縮機(jī)，可以和定位器聯(lián)系更緊密，而且可以避免將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)。
旋轉(zhuǎn)閥的其它發(fā)展方向是通過改進(jìn)閥座的設(shè)計(jì)及閥座的材質(zhì)來提高閥的性能，減少閥的外泄漏等。具有控制和定位作用的智能閥門，會(huì)隨著制造商降低成本和生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)效率的需求使得市場變得越來越廣泛。
(2)代替直行程閥門的趨勢
因?yàn)樾D(zhuǎn)閥在許多情況下可以替代直行程閥門（如閘閥），與直行程閥門（如閘閥）相比，旋轉(zhuǎn)閥具有許多優(yōu)越性（見本文第1部分）。特別是隨著凈化空氣行動(dòng)（CAA）修正案的實(shí)施，防止閥門外泄漏變得越來越重要。1990年提出的CAA修正案包括了189種揮發(fā)性有毒空氣污染源（VHAPs），其中有150種是揮發(fā)性的有機(jī)化合物（VOCs）。1997年4月通過的最新的CAA修正案，除了包括前版修正案中的泄露檢測及修復(fù)（LDAR）方案外，還包括質(zhì)量改進(jìn)方案。
CAA修正案增加了使用直行程閥門的化工公司、煉油廠及其它使用閥的生產(chǎn)企業(yè)在防止閥門外泄漏上的投入。CAA修正案及其引起的控制外泄漏的結(jié)果，促使手動(dòng)閥、自動(dòng)閥、控制閥的供應(yīng)商采用新的技術(shù)來設(shè)計(jì)閥門，以減少閥門的外泄漏。減少閥門外泄漏的關(guān)鍵在于閥門填料系統(tǒng)的材質(zhì)。聚四氟乙烯（PTFE）和石墨是閥填料系統(tǒng)的兩種常用材料，為了減少閥門的外泄漏，許多供應(yīng)商將全氟高彈性體和部分聚四氟乙烯及石墨結(jié)合起來用于閥門的填料系統(tǒng)。全氟高彈性體填料系統(tǒng)比聚四氟乙烯填料系統(tǒng)的壓緊力要大，但石墨填料系統(tǒng)的壓緊力比全氟高彈性體填料系統(tǒng)高好多倍。壓緊力大會(huì)導(dǎo)致閥桿的磨損和損壞,從而引起閥門外泄漏。總的來講，采用旋轉(zhuǎn)閥是減少外泄漏的有效措施,即旋轉(zhuǎn)閥有代替執(zhí)行程閥門的趨勢。
根據(jù)美國閥門制造商協(xié)會(huì)（ValveManufacturerAssociateVMA）市場份額排列也可以說明這一趨勢：根據(jù)VMA提供的數(shù)據(jù)，美國1996年球閥、工業(yè)蝶閥和柱塞閥的裝船量（VMA特別記錄了球閥、工業(yè)用蝶閥和柱塞閥的裝船量，除此之外，VMA將自動(dòng)閥作為另一類別進(jìn)行追蹤，沒有單獨(dú)記錄1/4旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的銷售量，而是將其歸入自動(dòng)閥這一類。VMA提供的是美國供貨商裝船量的數(shù)據(jù)，包括出口但不包括進(jìn)口）共10.4億美元，這個(gè)數(shù)量包括手動(dòng)閥和自動(dòng)閥，但不包括調(diào)節(jié)閥。球閥所占百分比最大，占總量的54.2％，工業(yè)蝶閥占26.2％，其余19.6％的份額為柱塞閥（參見表一）。
表一美國1996年手動(dòng)和自動(dòng)球閥、工業(yè)蝶閥和柱塞閥的裝船量
類型銷售額（百萬美元）所占百分比
球閥565.554.2%
工業(yè)蝶閥273.026.2%
柱塞閥204.019.6%
4、旋轉(zhuǎn)閥的應(yīng)用
(1)在煉油廠調(diào)和系統(tǒng)中的應(yīng)用
對(duì)于煉油廠中的調(diào)和系統(tǒng)，為了提高調(diào)和的質(zhì)量，往往要求各種參與調(diào)和的油品必須精確高速地被注入與切斷，這往往要求采用有較高切斷率的控制閥，以便不論各流路的流量是多少都能夠提供精確的液體摻混。傳統(tǒng)的直行程閥或截止閥不再適應(yīng)煉油廠中的這種應(yīng)用情況，旋轉(zhuǎn)閥由于其本身具有上文描述的優(yōu)勢，從而可以在這種應(yīng)用場合下提供更高的性能價(jià)格比。給用戶的長期運(yùn)行帶來較大的收益。
(2)旋轉(zhuǎn)閥在我廠中應(yīng)用廣泛
具體應(yīng)用1：焦化車間4路輻射進(jìn)料控制閥改為旋轉(zhuǎn)閥。
焦化車間原設(shè)計(jì)為雙座閥，由于焦化的輻射進(jìn)料含有大量的焦粉顆粒，并且溫度高、流速快，對(duì)控制閥產(chǎn)生很大的沖刷，控制閥的閥芯、閥座很快就被沖刷壞，漏量嚴(yán)重，不能控制，一個(gè)新的控制閥僅能運(yùn)行3個(gè)月；后來將控制閥該為套筒閥，情況有所改觀，一個(gè)新控制閥能運(yùn)行5各月。1997年9月我們將控制閥該為FISHER旋轉(zhuǎn)閥，由于旋轉(zhuǎn)的具有抗氣蝕能力，有效的克服了介質(zhì)的沖刷，1998年10月我們檢查了其中的一個(gè)控制閥，閥芯、閥座完好。四個(gè)控制閥一直使用至今。
具體應(yīng)用2：南蒸餾減壓爐3路進(jìn)料。
原設(shè)計(jì)減壓爐3爐進(jìn)料為套筒閥，由于進(jìn)料含有渣油、雜質(zhì)，經(jīng)常將控制閥堵住，且溫度高、易凝結(jié)，給儀表維護(hù)帶來大量的工作，1998年6月將3路進(jìn)料該為FISHER旋轉(zhuǎn)閥，由于旋轉(zhuǎn)閥具有較強(qiáng)的流通能力，克服上述問題，運(yùn)行正常。
具體應(yīng)用3：催化渣油回?zé)捒刂崎y。
催化渣油回?zé)捒刂崎y原設(shè)計(jì)為套筒閥，由于渣油回?zé)捴泻写呋瘎瑢?duì)控制閥的沖刷嚴(yán)重，控制閥不能正常使用，一個(gè)新的控制閥進(jìn)能運(yùn)行6個(gè)月，1998年6月將控制該為FISHER旋轉(zhuǎn)閥，使用至今。
具體應(yīng)用4：催化氣壓機(jī)放火炬。
催化氣壓機(jī)放火炬原采用700閘板閥，缺點(diǎn)是開關(guān)速度慢，泄漏量大，后采用三偏心蝶閥，開關(guān)速度小于10秒，密封可做到5級(jí)。
這樣的具體應(yīng)用有許多，不再一一列舉。
5、結(jié)論
隨著煉化裝置一體化和煉油化工裝置規(guī)模大型化，生產(chǎn)過程對(duì)于儀表及控制系統(tǒng)的精度和適應(yīng)性要求越來越嚴(yán)格，作為控制系統(tǒng)中的核心部件執(zhí)行元件―控制閥，其性能與質(zhì)量對(duì)于石油化工廠的經(jīng)濟(jì)效益的影響越來越大。無論是為了將來擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模還是提高控制質(zhì)量（如上先進(jìn)控制或優(yōu)化控制等），都要求我們在選用控制閥時(shí)，不僅要考慮建設(shè)期的一次性投資，而且更要注重生產(chǎn)期的運(yùn)行成本。隨著旋轉(zhuǎn)閥的特點(diǎn)日益為人們認(rèn)識(shí)與接受，其必將會(huì)在國內(nèi)的日益大型化的煉油及化工裝置中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
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