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NELES調(diào)節(jié)閥在減溫減壓改造中的應(yīng)用
發(fā)布于：2019/11/14 9:44:37 點擊量：174
一、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發(fā)電的情況下，在該種條件下，該減壓閥該是完全關(guān)死的，但由于雙座閥本身的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量等問題，該閥門在全關(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：從雙座閥的調(diào)節(jié)特性可知，該閥的調(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)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(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 進口壓力：2.45MPa 出口壓力：0.35MPa 配電動執(zhí)行機構(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 進口壓力：3.0MPa 出口壓力：0.4MPa 配電動執(zhí)行機構(gòu)：電源為220VAC/50Hz 輸入信號為：4—20mA 閥門反饋信號為：4—20mA 執(zhí)行機構(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)行機構(gòu)分開選型，首先確定執(zhí)行機構(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、電動執(zhí)行機構(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)行機構(gòu)我們決定選用電動執(zhí)行機構(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)較知名的電動執(zhí)行機構(gòu)專業(yè)生產(chǎn)廠家。
(1)日本KOSO (2)德國Auma (3)英國Rotork
經(jīng)我們了解三家廠的產(chǎn)品基本情況如下：
廠家 | KOSO | Auma | Rotork |
產(chǎn)品原產(chǎn)地 | 中國鞍山 | 德國 | 英國 |
生產(chǎn)適用范圍 | 化工、電廠 | 化工、電廠 | 化工、電廠 |
傳動方式 | 皮帶傳動 | 齒輪傳動 | 齒輪傳動 |
手動操作 | 不帶手輪 | 帶手輪 | 帶手輪 |
輸出力矩 | 0N·M-1500 N·M | 30 N·M-32000 N·M | 30 N·M-30000 N·M |
適用環(huán)境溫度范圍 | -10℃-+60℃ | -25℃-80℃ | -25℃-80℃ |
過載保護 | 無過載保護 | 有過載保護 | 有過載保護 |
從以上三種產(chǎn)品中，我們選擇了德國的 Auma電動執(zhí)行機構(gòu)：
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250px處的溫度為220℃左右，在此點往上再上移375px，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，此電動機構(gòu)即出現(xiàn)工作不正常的情況。因此，KOSO的電動執(zhí)行機構(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1625px比275px)。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)行機構(gòu)。
◆ Rotork電動執(zhí)行機構(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、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），情況如下表：
天津 Fisher | 德國 Samson上海辦事處 | 芬蘭 Neles上海辦事處 | |
所選型號 | ED-F"&ED-1" | TYPE251&TYPE241 | QXA-T5D13061DE4.3&FCO1DWSXKLGTDH3 |
供貨周期 | 12-16 Weeks | 12-14 Weeks | 16-20 Weeks（包括4周海地運期） |
從三家的報價情況及后來的技術(shù)交流中了解到：Fisher及Samson所選閥為單座閥，而芬蘭Neles選的為帶Q—Trim內(nèi)件的TOP5系列球閥。 單座調(diào)節(jié)閥即為globe Valve，從該閥的結(jié)構(gòu)上可知為不平衡閥，一般介質(zhì)流向為下進上出(Fisher及Samson均選此種閥)，該類閥的閥芯是通過上下行程方式來控制介質(zhì)流量的，因而配該閥的執(zhí)行機構(gòu)為直行程機構(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，因而配該閥的的執(zhí)行機構(gòu)為角行程執(zhí)行機構(gòu)；
下面就此三家廠家所報的兩種閥型比較如下：
1> 調(diào)節(jié)閥在工作時對執(zhí)行機構(gòu)輸出力的要求
單座閥由于本身設(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)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)行機構(gòu)出力要有大于此不平衡力才能關(guān)閉此閥，因此電動頭的功率要較大，而且單相220VAC的電機已滿足不了此要求，必須要三相380VAC的電機才能產(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。由于要求電機產(chǎn)生的推力大，因而電機功率也要大，對電動執(zhí)行機構(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)行機構(gòu)提供的是力矩，比直接作用在閥上的推力要小得多，經(jīng)他們計算，認為只需8ON·M的扭矩即可，這樣電動執(zhí)行機構(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，不僅嚴重損傷閥芯和閥座，在嚴重的情況下，還能對閥的下游工藝管道引起共振，嚴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)生標準》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，噪聲最大不超過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(Neles的專利),該Q—Trim內(nèi)件的結(jié)構(gòu)如下(圖一)：
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，為了更好的達到我們的降噪要求，該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，此閥所產(chǎn)生的噪聲最大為91．85dBA，而且根據(jù)我們的工藝指標，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，即可達到噪音在85dBA以下，從而達到國家的有關(guān)標準。在三個廠家的選型中，Neles所選的TOP5系列閥的噪音控制是最好的，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最具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)點進行了計算，分別對應(yīng)：59.67%、49.02%、1 6.38%。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： 寧波中華紙業(yè)有限公司 (60萬T/Y制紙，國內(nèi)最大的紙廠)、蘇州紫興紙業(yè)有限公司、杭州華豐紙業(yè)有限公司、岳陽石化總廠五分廠， 其中我們選了湖南岳陽石化總廠五分廠進行了實地考察，該閥在該廠的應(yīng)用條件比我們的應(yīng)用條件更加苛刻，也是用于蒸汽的流量控制，但閥的前后差壓達到40kg/cm2，據(jù)該廠的技術(shù)人員反映，此閥已在該廠成功的運行了5年多，一直工作穩(wěn)定可靠，基本上沒有出現(xiàn)故障，只是在該閥運行近4年后，進行日常拆下檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題，安裝后運行至今。
四、結(jié)論 通過對此三家調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠家的產(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)、指標中也能完全滿足我們工藝及技術(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： NelesTOP5系列調(diào)節(jié)閥+Auma執(zhí)行機構(gòu)。
五、改造后的工藝狀況 經(jīng)過充分的準備和安排，我公司減溫減壓改造計劃在99年年底停車檢修時如期進行，在將兩臺閥改造的基礎(chǔ)上，我們還對閥的控制系統(tǒng)進行了改造，去掉了伺服控制系統(tǒng)，改在控制室內(nèi)加裝強制手動的手操器，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行操作，自動時由DCS系統(tǒng)來執(zhí)行控制，同時在該閥的現(xiàn)場，該Auma執(zhí)行機構(gòu)上還有手輪，可實現(xiàn)在現(xiàn)場進行人工調(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： 在使用汽輪機發(fā)電的情況下，該蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時，能完全關(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，離該閥0.5米處測得的噪聲為89.2dBA；在加上保溫后，離該閥0.5米處測得噪聲為83.8dBA,完全達到了當時我們造型要求達到的降噪目標。 控制特性有了極大的提高，由于Auma電動執(zhí)行機構(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；在改造完全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)行機構(gòu)進行過任何維修，工藝對改造后的結(jié)果非常滿意。該系統(tǒng)自99年底改造完成后，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會！
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