通过实例分析调节阀压降大小的选择

发布时间:2010-09-07  点击数:8264
    实践证明:调节阀是调节系统中不可缺少的重要组成部分,调节系统使用得好坏,往往与调节阀有着密切关系。而设计选择调节阀与介质通过调节阀的压力降大小、调节阀的流通能力、阀门的结构和流量特性等有直接的关系,因此,工艺设计人员考虑提工艺变量时,应从要求调节品质、调节阀在工作状况下所容许的压力降及工艺负载变化情况进行统一考虑。仪表专业人员选用不同的调节阀流量特性满足工艺要求,以提高调节阀品质。例如:温度、流量、压力等变量可以用等百分比或线性特性调节阀。
    工艺负载变化时,通过调节阀的Qmax、Qnor、Qmin三者按一定比例关系(一般取Qmax/Qnor=1.5~2倍,Qmax/Qmin=3~4倍),来保证最大量和最小量均在调节阀较好的调节范围内。如不能满足工艺最大量和最小量调节要求时,除增加系统压力外,一般采用两个大小调节阀并联分段操作来实现。
     此外,调节阀上压力降大小对调节品质有明显关系。S值过低则调节灵敏度低,品质差,可是S值过高,虽然调节品质有所提高,但造成不必要的能源浪费。为此,工艺设计人员应该事先对该工艺系统阻力降进行计算(或估算),然后再行确定调节阀的S值,即当调节阀全开时,
     S = △Pv/(△Pv+ΣPF
     式中
     ΣPF—系统中除阀外的各局部阻力引起的压力损失总和
    △Pv—调节阀两端压差
    由于目前国内对调节阀的S值未作明确规定,只是写“S值一般在0.3以上”,造成S值向大的方向选用。我认为:在保证调节质量前提下S值应趋于小,并应根据不同工艺对象来确定。现场试验证明,加热炉进料流量调节阀的S值可以小于0.3,甚至在0.1左右亦能正常工作。但是,对高压减压到低压系统的调节阀,S值则高达0.8以上,所以,不能一刀切,应依工艺对象情况而定。
    为什么调节阀的S值小于0.3,在某些对象上也能很好地使用呢?现以图1a所示系统给予说明。从图1b看出阀的压降和泵出口流量及系统阻力降间的关系,S值愈大,阀的流量特性就愈接近理想状态,调节系统放大倍数大,灵敏度高。但阀的压降过大,泵的能耗相应增大,调节品质亦无太大改善。
图 1
     图2a、b分别表示调节阀的直线和等百分比流量特性。当S>0.3时,两种阀的特性曲线都没有什么畸变。当S在0.1~0.3之间即图2a、b的虚线部分,虽然S=0.3稍差些,但仍在可调的有效范围之内。所以工艺管路阻力降计算后,如调节阀取的S值偏小,则泵的扬程相应地减小。这样泵的能耗可以降低下来。
图 2
     现将有关几种工艺对象的调节阀S值选用试验情况分述如下,供参考。
   1、泵出口的流量调节系统
     我厂援外工程分子筛脱蜡装置中的加热炉进料流量调节系统(见图3)因原料油经加热气化进反应器,在炉内阻力降较大,可以采用较小的S值以节省能耗。若S值选得过大,则泵的扬程就要提高。

          图 3 加热进料炉系统
     现将该工程的原料油炉及精制油炉流量调节阀计算变量列表1: 表 1  
名称 流量m²/h 泵出口
压力
kgf/cm²
管径
Dg
操作
重度
kgf/m³
最大流量下局部
压降值kg/cm²
S 计算
C
选用
Cv
选用
调节阀
Dg/d

ΔPL1 ΔPL2 ΔPv
Qmax Qnor Qmin 0.25 7.15 (1)取
0.5
0.063 20 25 40/40
双芯

原料油炉
进料流量
调节阀
16.5 13 9 9.3 80 805 0.12 14 16 32/32
双芯


(2)取1
精制油炉进料流量调节阀 3.6 2 1.6 9 50 750 0.25 6.95 0.5 0.065 3.1 5 20/20
单芯


    注:S=ΔPv/(ΔPF+ΔPL1+ΔPL2)
    如以原料油炉的调节阀计算数据来分析,其它条件不变,只是将阀压降改为1kgf/cm²或更大,则泵功率相应变大(见表2)。

表 2
阀压降ΔPv S ΔPL1 ΔPL2 说        明 增加kw%
0.5kgf/cm² 0.063 0.25 7.15 正常流量状态下泵功率14.6kw  
1kgf/cm² 0.12 0.25 7.15 正常流量状态下泵功率15.6kw +5.2%
3.18kgf/cm² 0.3 0.25 7.5 正常流量状态下泵功率20.9kw +43%

     ΔPv为0.5kgf/cm²时选用65Y-100泵,可是ΔPv为3.18kgf/cm²时,则另选扬程更高的65Y-100-2B离心泵。以上两个调节系统,通过试投产控制情况良好。如果S>0.3则要重新换更高扬程的离心泵,必然大大增加能耗。
     从现场已有加热炉资料分析,一般进料流量调节阀S值可取0.1~0.3之间,甚至在0.1左右亦可满足工艺要求。      2、分馏塔顶温度调节系统
      由于回流量系统阻力降小,而塔顶温度每变化1℃所需的回流量又大,调节频繁,需要有一定灵敏度。所以调节阀的S值可适当偏高,一般可取0.3左右。
     3、油品出装置的塔(或罐)的液面调节系统
     由于出装置后管线长达1~2公里,加上油罐的液面有10米左右变化(满罐后切换至空罐),调节阀要考虑这个变化量。以保证当油罐高液面时油品也能送出(见图4)。所以调节阀P点压力及阀前后阻力降,应严格进行计算,再求出泵功率。一般S值可以取0.3~0.4。

    图4  塔釜液位调节系统
     4、由高压切往低压调节系统
     该系统调节阀作减压用,大部分的能量消耗在调节阀上。例如我厂引进加氢裂化装置的高压分离器去低压分离器的液面调节,在阀上ΔP=(160-20)Kgf/cm2,约占全部压降的85%。为了回收这些能量,国外设计在该调节阀的并联管线上加“能量回收透平”,开工正常后将调节阀切换到透平,经过透平后再去低压分离器,能量合理利用。但要解决合适设备。
    5、加热炉出口温度调节系统
     由于炉子的热容量大,出口温度的时间常数较大,因此在采用控制燃料油时,要求调节阀有较高的灵敏度。调节阀后压力根据燃烧器(俗称“喷咀”)要求而定。燃烧器喷往炉膛的燃料压力同介质有关,如果燃烧原料油则调节阀后压力(燃烧器前),不小于7kgf/cm²,并有蒸汽雾化其压力也不小于7kgf/cm²。如烧瓦斯,其压力不低于0.3kgf/cm²,可以不加入蒸汽雾化。如瓦斯压力小于0.2kgf/cm²,另选低瓦斯燃烧器,并有6kgf/cm²压力蒸汽进行雾化。
     由于结构特性决定阀后压力的具体数值,从而可以求出S值的大小。一般S值烧油取0.3-0.4,烧瓦斯取0.4-0.6。
     以上是常用的几种系统的调节阀压力降的S值选用实例,我们可以看出总的趋势:调节阀的S值在满足调节品质条件下可以降低,在某些系统内甚至在0.1左右亦可满足要求。为此,应依各种对象特性具体分析而定,不能盲目将S值定在0.3以上,否则会增加能耗。目前现场这方面潜力还是较大的,选用好调节阀压降对提高经济收益也是有着重大意义的。