離子膜燒堿裝置中選擇控制閥的建議

閆莉莉，馮利明

(焦作煤業(yè)(集團(tuán))開(kāi)元化工有限責(zé)任公司，河南焦作 454191)

離子膜電解制堿工藝是國(guó)內(nèi)近些年來(lái)氯堿行業(yè)廣泛采用的一種制堿方法，具有工藝先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、保護(hù)環(huán)境等特點(diǎn)。我公司離子膜燒堿裝置中所用的控制閥就是常用的過(guò)程安全控制機(jī)構(gòu)，它的種類較多，應(yīng)用廣泛，選材嚴(yán)格，如果控制閥選型或材質(zhì)選擇錯(cuò)誤，輕則造成介質(zhì)泄漏、儀表?yè)p壞，重則引起裝置停車(chē)甚至發(fā)生嚴(yán)重事故，可見(jiàn)控制閥在整個(gè)離子膜燒堿系統(tǒng)中的重要性，它在儀表投資中占60%以上。因此選用控制閥必須要選擇經(jīng)濟(jì)、適用、安全的控制閥。

1 控制閥閥體類型的選擇

選擇控制閥閥體類型，必須要仔細(xì)分析控制介質(zhì)、工藝條件和工藝參數(shù)，了解系統(tǒng)對(duì)控制閥的要求，才能確定控制閥類型。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)效益來(lái)考慮，選擇使用壽命較長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、產(chǎn)品價(jià)格適中的閥門(mén)。離子膜法制堿裝置介質(zhì)主要有鹽水、燒堿、鹽酸、氫氣、氯氣、水、水蒸氣等，腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)晶、易燃易爆、有毒有害，由于溫度壓力比較低，自控系統(tǒng)主要為順序控制和回路調(diào)節(jié)。因此，裝置中應(yīng)用的閥門(mén)主要以直通單座閥、蝶閥以及隔膜閥為主。

1.1 直通單座控制閥

此類控制閥的特點(diǎn)是泄漏量小，單閥芯結(jié)構(gòu)容易密閉，甚至可以完全切斷，不平衡力較大，尤其在高壓差、大口徑時(shí)不平衡力更大，因此，它適用于低壓差場(chǎng)合。離子膜裝置應(yīng)用此類閥門(mén)比較適合，主要多用于回路調(diào)節(jié)，介質(zhì)主要是蒸汽、水和鹽酸。由于單座襯里的閥門(mén)價(jià)格比較高，用于鹽水介質(zhì)時(shí)，在鹽水管線管道口徑小于DN50時(shí)才考慮用單座閥。

1.2 蝶閥

蝶閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適合于大口徑、大流量、低壓差的場(chǎng)合。由于這種閥具有自清洗功能，適用于有懸浮顆粒物和濃濁漿狀的流體。由于離子膜燒堿工藝都是低壓差，不會(huì)出現(xiàn)大壓差時(shí)蝶閥閥板關(guān)死后打不開(kāi)的情況，而且蝶閥比單座閥便宜，在大口徑的工況下，均采用蝶閥作開(kāi)關(guān)閥和調(diào)節(jié)閥用，既節(jié)省了投資又取得了良好的應(yīng)用效果。

1.3 隔膜閥

隔膜閥采用耐腐蝕襯里的閥體和耐腐蝕的隔膜，可以完全避免金屬閥體的腐蝕，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的調(diào)節(jié)和切斷，流量特性近似快開(kāi)。隔膜閥因?yàn)槭芨裟ひr里的限制，耐壓、耐溫性能較低。當(dāng)工作壓力小于1.0 MPa時(shí)，密封性較好，由于沒(méi)有使用填料，所以避免了泄漏。隔膜閥的流量特性不是很好，特別在小口徑下用于調(diào)節(jié)時(shí)不是太理想。它在離子膜裝置二次鹽水精制工序中管道口徑為DN50以下、介質(zhì)為鹽酸和堿的管線上，作為切斷閥使用。

2 閥門(mén)材質(zhì)的選擇

閥門(mén)材質(zhì)的選擇必須根據(jù)工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流體的腐蝕性、流體在閥內(nèi)是否閃蒸、空化以及成本等方面來(lái)選擇合適的耐腐蝕材料。原則是閥體材質(zhì)要和所連接的工藝管道材料相同或高出一個(gè)等級(jí);閥芯、閥座、閥桿等與介質(zhì)接觸的關(guān)鍵部件材質(zhì)至少與閥體材質(zhì)相同或高于閥體材質(zhì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)、定位器等其他非接液部件的材質(zhì)根據(jù)環(huán)境狀況適當(dāng)選用?；谏鲜鲞x擇要點(diǎn)，在離子膜制堿裝置中，用在一般介質(zhì)中，如水、蒸汽、壓縮空氣、氮?dú)狻錃獾?，閥體材質(zhì)一般選用鑄鋼或不銹鋼，接液部分選用不銹鋼，用在腐蝕性介質(zhì)中，如鹽酸、鹽水、氯氣、硫酸等，閥體材質(zhì)一般選用鋼襯四氟，接液部分選用PTFE/PVDF隔膜、PTFE或 PFA襯里的閥門(mén)。濃度為32%、溫度為80℃以上的燒堿，如果選單座閥，閥門(mén)的接液部分選用哈氏合金C，如果燒堿溫度為40℃左右時(shí)選用SUS316，也有的采用SUS304。在采用SUS304時(shí)，如果工藝系統(tǒng)操作不當(dāng)，有時(shí)燒堿的溫度會(huì)高于40℃，這時(shí)會(huì)有鐵離子析出，容易使系統(tǒng)的鐵離子含量在裝置運(yùn)行后期顯著增加，進(jìn)而降低離子膜電解槽的使用壽命，一般在設(shè)計(jì)時(shí)不推薦使用SUS304。

3 閥門(mén)口徑的確定

閥門(mén)口徑的準(zhǔn)確程度對(duì)工藝參數(shù)的控制起著至關(guān)重要的作用?？趶竭^(guò)小，會(huì)使調(diào)節(jié)閥不能通過(guò)工藝對(duì)象要求的最大流量，或使能耗增加;口徑過(guò)大，不僅使投資增加，而且使控制閥經(jīng)常在小開(kāi)度條件下工作，容易造成控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。閥門(mén)口徑的確定需要充分考慮工藝、設(shè)備提供的設(shè)計(jì)條件。儀表專業(yè)根據(jù)工藝專業(yè)提供的流量、閥前壓力以及閥后壓力、工作溫度以及介質(zhì)的理化參數(shù)，計(jì)算出流量系數(shù)CV值，從而確定閥門(mén)的形式，從生產(chǎn)廠家獲取的控制閥選型本中，找到對(duì)應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的特性曲線，查取額定流量系數(shù)不小于并接近于計(jì)算出的 Cvmax值的一個(gè)數(shù)值，作為最終選定的流量系數(shù) C100，與C100相對(duì)應(yīng)的控制閥口徑和行程，即為最終選擇的控制閥口徑。還要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目的實(shí)際使用情況來(lái)驗(yàn)證所確定的口徑是否合適，如果有必要復(fù)核，就要從工藝提供的參數(shù)開(kāi)始，查找問(wèn)題原因。最終選定的控制閥口徑，既要保證工藝對(duì)象要求的最大流量，又不留過(guò)多的余量，同時(shí)控制閥的行程又能在合適的范圍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，蝶閥開(kāi)度為40°左右，單座閥開(kāi)度為80%左右，隔膜閥開(kāi)度為40%～50% 比較合適。如果閥門(mén)作為切斷閥，就不需要計(jì)算閥門(mén)口徑，與管道口徑保持一致即可。

4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)和電動(dòng)兩種，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又分為薄膜式和活塞式。在離子膜燒堿裝置中，閥門(mén)主要以壓縮空氣作為氣源動(dòng)力，選擇氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。依據(jù)工藝提供的閥門(mén)故障位，正確選擇氣開(kāi)或氣關(guān)的作用方式，故障開(kāi)對(duì)應(yīng)氣關(guān)，故障關(guān)對(duì)應(yīng)氣開(kāi)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型需要計(jì)算不平衡力或不平衡力矩，它的計(jì)算取決于很多因素，如控制閥閥體形式、閥芯形狀面積、閥門(mén)前后壓差、流開(kāi)、流閉形式、介質(zhì)工藝參數(shù)等。設(shè)計(jì)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由閥門(mén)廠家根據(jù)用戶提供的工藝數(shù)據(jù)以及要求、閥門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉需要的時(shí)間等選配執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

5 閥門(mén)附件的選擇

附件裝置作為控制閥的一部分，應(yīng)根據(jù)工藝過(guò)程和調(diào)節(jié)的要求來(lái)選擇。在離子膜燒堿裝置中常用的附件主要有(電—?dú)?閥門(mén)定位器、電磁閥、位置指示開(kāi)關(guān)、過(guò)濾器減壓閥等。選配閥門(mén)定位器主要為提高控制閥響應(yīng)速度、分程調(diào)節(jié)和改變控制閥的流量特性等。在防爆界區(qū)內(nèi)的閥門(mén)，必須選用隔爆(ExdIICT6以上)或本安型(ExiaIICT4以上)電—?dú)忾y門(mén)定位器，數(shù)字式閥門(mén)定位器(也就是智能閥門(mén)定位器)的使用極大地提高了控制閥的調(diào)節(jié)性能，并有取代傳統(tǒng)機(jī)械閥門(mén)定位器的趨勢(shì)。我公司離子膜裝置中全部采用智能式閥門(mén)定位器，主要有德國(guó)西門(mén)子和日本山武兩種并帶HRAT通訊，這種定位器可大大提高過(guò)程控制的品質(zhì)，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性并可遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)對(duì)閥門(mén)進(jìn)行調(diào)試。電磁閥是氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥必配的裝置，主要有二位三通和二位五通2種作用方式，它可根據(jù)開(kāi)關(guān)閥的作用形式(單或雙作用)而有不同選擇，單作用選2位三通，雙作用選2位五通，電源選24VDC。位置指示器反映開(kāi)關(guān)閥全開(kāi)/全關(guān)2個(gè)極限位置，維修及操作人員可以根據(jù)此信號(hào)判斷開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，主要用在過(guò)程控制以及事故狀態(tài)的聯(lián)鎖保護(hù)等裝置上。

6 結(jié)論

控制閥作為自動(dòng)控制系統(tǒng)終端的執(zhí)行部件，接受調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，改變被調(diào)介質(zhì)的流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程某一參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等的調(diào)節(jié)控制，從而達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。所以要選擇安全、可靠、適用、經(jīng)濟(jì)的控制閥，滿足工藝調(diào)節(jié)要求，提高控制水平，延長(zhǎng)使用壽命。