一種裂解氣閥用聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

郭金 楊歡 鄭平陽

摘 要：聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)是乙烯生產(chǎn)三閥系統(tǒng)中連接裂解氣閥與旁路清焦閥的關(guān)鍵裝置。裂解爐停爐進(jìn)行燒焦時(shí)，需要進(jìn)行管線切換，此時(shí)需要關(guān)閉裂解氣閥，打開清焦閥，為了保持切換過程中管線壓力的穩(wěn)定，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要對(duì)旁路清焦閥的開啟過程進(jìn)行相關(guān)控制。本文對(duì)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，為之后的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)過程

1.前言

1.1聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)介紹

聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使用于乙烯生產(chǎn)裝置中的三閥系統(tǒng)。三閥系統(tǒng)是在裂解氣閥的旁邊增加一臺(tái)旁路清焦閥，通過機(jī)械方式將裂解氣閥與旁路清焦閥連接在一起，當(dāng)裂解氣閥開、關(guān)時(shí)，通過機(jī)械方式控制旁路清焦閥的關(guān)、開，維持管線壓力穩(wěn)定。聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，圖中P1為裂解爐出口壓力，P2為裂解氣閥出口壓力，P3為清焦閥出口壓力。圖中TLV為裂解氣閥，Bypass DV為旁路清焦閥。

通常根據(jù)系統(tǒng)要求，當(dāng)兩臺(tái)閥門運(yùn)行切換時(shí)，要求P1的范圍為1.5～2.2 Bar，同時(shí)為防止裂解氣回流進(jìn)入裂解爐引發(fā)爆炸，切換時(shí)要求0≤P1-P2≤0.2Bar，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用就是切換時(shí)調(diào)節(jié)旁路清焦閥的行程，保證壓力P1維持在許用范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)裂解氣倒流、管線超壓等現(xiàn)象。

1.2聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)介紹

圖2為裂解氣閥、旁路清焦閥和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)整體示意圖，圖中大閥為裂解氣閥，小閥為旁路清焦閥，裂解氣閥通過Z字型的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制旁路清焦閥的啟閉，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定管線壓力的目的。圖3為聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的局部示意圖。實(shí)線與虛線分別表示聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起始與終止位置。O為旋轉(zhuǎn)中心，B為驅(qū)動(dòng)塊，安裝在裂解氣閥的閥桿上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)塊再帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。圖中A為從動(dòng)塊，安裝在清焦閥閥桿上，當(dāng)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)從動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)。聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的曲線稱為工作輪廓線，驅(qū)動(dòng)塊和從動(dòng)塊沿軸線的運(yùn)動(dòng)即代表了裂解氣閥和清焦閥的啟閉運(yùn)動(dòng)。

由圖中可以看出，驅(qū)動(dòng)塊的工作輪廓線由兩部分組成：工作輪廓線與行程重合的豎直段、與行程有夾角的傾斜段。當(dāng)驅(qū)動(dòng)塊在豎直段運(yùn)動(dòng)時(shí)，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)，稱為聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)休止區(qū)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)塊在傾斜段運(yùn)動(dòng)時(shí)，將帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，通過左側(cè)輪廓線帶動(dòng)從動(dòng)塊按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，稱為聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作區(qū)。休止區(qū)與工作區(qū)的交點(diǎn)稱為切換點(diǎn)。聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)即工作輪廓線的求解，以及切換點(diǎn)的確認(rèn)。

2.聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行分析

因裂解氣閥與清焦閥的口徑不同，其次兩臺(tái)閥門的出口壓力不同，且切換時(shí)裂解爐出口壓力要求范圍不同。這些原因使得兩臺(tái)閥門在開關(guān)的相互作用中，行程不是簡(jiǎn)單的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，不能按照比例關(guān)系進(jìn)行求解。但在切換時(shí)，為了維持壓力穩(wěn)定，兩臺(tái)閥門的行程是相對(duì)固定的，故本文僅以裂解氣閥關(guān)閉與清焦閥開啟過程進(jìn)行舉例說明。

2.2裂解氣閥與清焦閥的運(yùn)行分析

圖4為裂解氣閥與清焦閥的運(yùn)行示意圖，圖中Ⅰ為聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)休止區(qū)，Ⅱ?yàn)槁?lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作區(qū)，O為聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心， 為裂解氣閥全開位置， 為裂解氣閥全關(guān)位置， 為切換點(diǎn)位置， 、 分別為清焦閥對(duì)應(yīng)裂解氣閥相應(yīng)行程上的點(diǎn)。圖5為兩閥運(yùn)行過程中，關(guān)鍵位置示意圖。從圖中可以看出，根據(jù)關(guān)鍵位置的不同，可以將工作區(qū)的運(yùn)行過程分為三個(gè)階段。分別描述如下：

Ⅱ1階段：裂解氣閥部分關(guān)閉，清焦閥即將開啟；

Ⅱ2階段：裂解氣閥開度為零，清焦閥部分開啟；

Ⅱ3階段：裂解氣閥完全關(guān)閉，清焦閥完全開啟。

圖中的 和 分別為裂解氣閥與清焦閥的過渡區(qū)。過渡區(qū)的存在主要是閥門結(jié)構(gòu)影響。

2.2各個(gè)階段壓力P1的變化分析

當(dāng)裂解氣閥逐漸關(guān)閉至Ⅱ1開始時(shí)，此時(shí)清焦閥處于關(guān)閉狀態(tài)，故壓力P1將逐漸升高；當(dāng)裂解氣閥繼續(xù)關(guān)閉至Ⅱ1結(jié)束時(shí)，此時(shí)清焦閥即將有開度，壓力P1達(dá)到最大值；當(dāng)運(yùn)行至Ⅱ2階段結(jié)束時(shí)，壓力應(yīng)穩(wěn)定在許用范圍內(nèi)；當(dāng)運(yùn)行在Ⅱ3過程中時(shí)，壓力P1將逐漸降低，最終隨著裂解氣閥完全關(guān)閉時(shí)，壓力P1下降至最低。壓力P1最大值所對(duì)應(yīng)的裂解氣閥行程上的點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。

3結(jié)論

本文對(duì)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了介紹，描述了聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理及使用工況，并對(duì)其動(dòng)作過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，使聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程簡(jiǎn)單易懂。

通過上述對(duì)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程分析可知聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)即工作輪廓線的求解，以及切換點(diǎn)的確認(rèn)。對(duì)于求解部分的介紹可以參見裂解氣閥用聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

1.陸建新，丁英仁，裂解氣閥和清焦閥的選型及使用，乙烯工業(yè)，2011。

2.楊源泉主編.閥門設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.12

作者簡(jiǎn)介：

郭金（1985.12--）；性別：男，籍貫：河北唐山，學(xué)歷：研究生，畢業(yè)于：哈爾濱工業(yè)大學(xué)；現(xiàn)有職稱：工程師；