液相双环管聚丙烯装置中偏心旋转阀的应用研究

发布时间:2011-08-15  点击数:2527

    液相双环管工艺是国内应用较为广泛的聚丙烯工艺,反应物料以及经过预接触的主催化剂与助催化剂混合浆液,首先进入预聚合反应器(R200),待催化剂颗粒机械性能增强后,再与加入的丙烯及氢气(氢气用于控制分子量)进入流速高、温度高的双环管主反应器(R201和R202)。在双环管反应器中,一部分丙烯发生聚合,剩余的丙烯液体作为固体聚合物的稀释剂,通过轴流泵打循环,在反应器内保持淤浆高速流动并混合均匀。在反应器压力缓冲罐D202液位的控制下,通过闪蒸管线上的控制阀,淤浆从环管反应器排至下游工段。排出料为颗粒、纤维、粘稠浆液的混合体,在正常反应条件下,淤浆密度处于560kg/m3左右,由于聚合物在弯头处排料,呈现很强的离心效应,排出后的固体浓度会大大高于反应器中固体浓度。由于双环管反应器是聚丙烯装置中的核心设备,在正常生产过程中需要向下游工段连续排料,在液相双环管聚丙烯工艺中,环管反应器的排料阀为偏心旋转阀,它在选型与流向等方面的应用十分关键。

一、偏心旋转阀

    1、结构

    偏心旋转阀亦称凸轮挠曲阀,是70年代发展的新品种,具有八十年代水平。其工作原理就是一个偏心转动的扇形球阀,利用偏心球冠与阀座相切,打开时,球芯脱离阀座;关闭时,球芯逐步接触阀座,使球对阀座产生压紧力,达到可靠密封,结构详见图1。

图1

    2、使用特点

    A、可调范围宽

    在流程工业中可调范围是最关键的,偏心旋转阀的可调范围大约为200:1。对应的截止阀的可调范围为50:1,也就是说旋转阀
可以提供4倍宽的可调范围。对关键的阀控制流量越精确在流程中重复性越好,直接地降低了流程工业中不合格的产品。

    偏心旋转阀的两个特点提高了它的可调范围,第一个是其孔板式的设计,偏心是一个有效的1/4的园,偏心阀芯是V型的,当偏心旋转阀是关的时候,它的小的V型使得在低流量时形成非常精确的控制,对大流量,它几乎将调节阀打开到几乎与管道的直径相同;第二个特点是执行机器的行程,大约为直行程截止阀的2倍多,而对于阀门而言,输入端的行程越大,则在工作端的控制越好。

    B、外泄漏

    特别是随着净化空气行动(CAA)修正案的实施,防止阀门外泄漏变得越来越重要。标准的旋转阀比标准的截止阀设计的外泄漏要好100倍,截止阀的阀杆与填料函之间的相对运动将从而损坏了填料。在旋转阀中阀杆不作任何进出的移动,而作旋转运动,从而不伤害填料,避免了外泄漏。

    C、流通能力大尺寸小

    直行程阀的流通能力是安装阀的管道流通能力的分数,提高流通能力的方法是提高直行程阀的尺寸;旋转阀的容量大约是相同尺寸的直行程阀的2~3倍。

    D、抗气蚀

    在流程工业中节流可引起大量的气蚀,气蚀可能损坏管道,产生不可接受的噪音等级,同时还可对计量系统产生扰动而引起不清楚或不可靠的读数,旋转阀具有坚固的设计,大大减少了由于水锤现象造成阀门动作失败,同时其阀芯可以吸收部分多余的能量,明显地降低气蚀及相关的问题。

    E、适合于高粘度、有悬浮颗粒物、大流量、大差压场合

    由于上述几点,在BASEL专利的液相双环管聚丙烯装置中取得了满意的效果。

二、应用中必须注意的问题

    1、流体方向的确定

    按阀体箭头方向确定安装流向。这里需要特别注意的是,由于从原则上讲,偏心旋转阀可以选择双向流,除执行机构力矩不同外不会影响调节特性。也有文献曾经提出,不能按照阀门流向箭头而是应根据气源故障时阀门安全位置来安装阀门,在聚丙烯装置的应用中是不合适和禁止的,因为考虑到工艺介质浆料的特性,若采取流闭式结构,则在正常生产时阀门内有死区,紧急状况关闭时阀门内件与反应器设备之间空隙较大,会造成大量聚合物将设备管口和阀门堵死,影响正常生产甚至造成安全事故。

    2、阀门Cv值的选择

    同时考虑两个限制因素,考虑到下游设备的负载能力,偏心旋转阀的流通能力不可超过设定限制,但是考虑到未来装置扩大生产的能力,可选定较大Cv值的阀门,并且通过在DCS组态过程中对输出回路设置输出上限设置使之不超过工艺要求的最大值。

    3、偏心旋转阀一般采用对夹式安装,但是考虑到安装和维护的便利,选择法兰连接型阀门

    4、偏芯旋转阀的阀芯近似于线性特性

    它的特性是由定位器的凸轮特性决定的,有等百分比凸轮、线性凸轮两种,详见图2。

阀芯固有特性

带定位器后的修正特性

图2

三、结论

    随着炼化装置一体化和石油化工装置规模大型化,生产过程对于仪表及控制系统的精度和适应性要求越来越严格,偏心旋转阀以其性能优异的特点在炼化装置中获得越来越广泛的应用,值得注意的是,在阀门选型中,除了需要满足调节阀通常的计算要求外,还须深入了解工艺特点,深刻理解工艺要求,这样才能提供安全可靠的解决方案。