PDS控制閥在聚丙烯裝置中的應(yīng)用

邱悅

[摘 ? ?要]在聚丙烯裝置中，PDS控制閥有著關(guān)鍵作用，具有密封性能好、動作頻次高、抗沖刷耐磨水平強(qiáng)、開關(guān)時(shí)間快的特點(diǎn)，以PDS控制閥作為選型依據(jù)，意義重大。一般情況下，工藝包專利商會推薦幾個(gè)供應(yīng)商，如ARGUS、KTM、METSO等。這一球閥雙閥座、固定球、全通徑，無論是閥座、閥球、還是閥體均使用鍛造技術(shù)，對閥球表面和閥座開展硬化處理，使PDS控制閥抗拉強(qiáng)度和抗沖擊韌性得到有效保證，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用KINETROL扇形氣動執(zhí)行器，確保其滿足PDS控制閥耐磨損、高頻次技術(shù)要求，對其特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)展開研究十分重要。

[關(guān)鍵詞]聚丙烯裝置;操作應(yīng)用;控制閥

[中圖分類號]TQ325.14 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]In polypropylene plant， PDS control valve plays a key role. It is of great significance to take PDS control valve as the selection basis for its good sealing performance， high action frequency， strong erosion resistance and wear resistance， and fast switching time. In general， the process package patent chamber recommends several suppliers， such as ARGUS， KTM， METSC， etc. The ball valve has double seat， fixed ball and full bore. No matter the seat， ball or valve body is forged， the surface and seat of the ball and valve seat are hardened to ensure the tensile strength and impact toughness of PDS control valve. The actuator uses kinetrol fan-shaped pneumatic actuator to ensure that it meets the technical requirements of filling， wear resistance and high frequency of PDS control valve， It is very important to study its characteristics， structure and design.

[Keywords]polypropylene plant; operation and application; control valve

某企業(yè)聚丙烯裝置使用Unipol工藝技術(shù)，聚丙烯產(chǎn)品出料系統(tǒng)將樹脂經(jīng)過間歇方式，在產(chǎn)品凈化倉里，送入反應(yīng)器里的均聚物或是無規(guī)共聚物，在第二反應(yīng)器中間轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，輸送抗沖共聚產(chǎn)品。通過調(diào)查可以看到，PDS控制閥用于聚丙烯裝置反應(yīng)器產(chǎn)品出料系統(tǒng)的控制，這一裝置有8條下料線和IRTS傳輸系統(tǒng)共147臺，手動控制閥8臺，自動控制閥139臺，其運(yùn)行好壞直接影響著的裝置是否穩(wěn)定運(yùn)行，所以設(shè)計(jì)人員必須充分考慮閥門結(jié)構(gòu)、選型等問題，確?？箾_刷、耐磨損、高頻次技術(shù)要求能夠得到滿足。

1 PDS的制作工藝與流程

在聚丙烯制作過程中，要注意控制好設(shè)備的溫度及壓力的情況下，將催化劑與氣態(tài)丙烯加入流化床反應(yīng)器內(nèi)，通過一系列反應(yīng)生成粉末狀聚丙烯，在聚丙烯粉末到達(dá)一定量后自動從感應(yīng)器中排至產(chǎn)品倉。聚丙烯在產(chǎn)品倉中通過循環(huán)氣將粉料進(jìn)行氣固分離，被分離后的聚丙烯會被送至脫氣倉或轉(zhuǎn)送過濾器中，最終形成成品。這一過程稱為PDS制作工藝。

制作聚丙烯粉的反應(yīng)器通常有2對共4套PDS，在日常工作中2對PDS會交替完成卸料工作，同時(shí)每對PDS既可以同時(shí)工作，也可以單獨(dú)運(yùn)行，而這一特點(diǎn)可有效避免因反應(yīng)器壓力故障而帶來的影響。

2 PDS控制閥選型

執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體是PDS的兩大組成部分，在PDS控制閥選型時(shí)，應(yīng)注意以下三點(diǎn)：

（1）想要確保聚丙烯工藝專利商設(shè)計(jì)技術(shù)要求及性能考核，PDS控制閥應(yīng)選擇專利商指定或推薦的閥門廠家。閥體一般會選擇ARGUS、KTM、METSO這三家的球閥，ARGUS球閥為4英寸以上為固定球、雙向金屬密封、全通徑、雙閥座，材料使用316不銹鋼和ASTMA350LF2鍛造低溫碳鋼兩種材料，閥座、閥體均為鍛造雙相鋼。KTM、METSO球閥、閥座和閥體均采用鑄造工藝，其他方面無區(qū)別。這三種球閥都能確保工藝專利商工藝要求得到滿足，經(jīng)過多方努力，共同試驗(yàn)出的特種閥門，符合國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）想要確保閥門壽命時(shí)長和高頻次動作要求，ARGUS配套執(zhí)行機(jī)構(gòu)為KINETROL扇形氣動執(zhí)行器，KTM配套執(zhí)行機(jī)構(gòu)為KTM AW Series系列撥叉式氣動執(zhí)行器、METSO配套的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為Metso B Series系列撥叉式氣動執(zhí)行器。閥體和執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝時(shí)，要充分按照供應(yīng)商的建議嚴(yán)格對齊中心，避免閥桿中心和執(zhí)行器由于沒有對齊中心，導(dǎo)致填料側(cè)向磨損和閥桿變形的情況，盡最努力提高其使用壽命，確保高頻次動作長周期運(yùn)行的需求得到滿足。

3 PDS控制閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）閥座、閥球、閥體建議采用鍛造設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)鍛造時(shí)，必須確保閥門抗拉強(qiáng)度、抗沖擊韌性、閥門抗沖擊韌性等指標(biāo)得到滿足，確保PDS控制閥高頻次動作，符合長周期的運(yùn)行需要。鍛造的閥球表面和金屬閥座要使用專利商表面硬化工藝，也就是等離子熱熔焊和熱噴涂技術(shù)，在研磨后，閥座表面硬度要大于63 HRC，硬化層厚度不能低于500 μm，閥球表面硬度大于67 HRC。通過將基材和硬化層之間形成有機(jī)過渡層，避免發(fā)生硬化層脫落的情況，確保閥門抗拉強(qiáng)度和抗沖擊韌性，滿足抗沖刷、耐磨損、高頻次技術(shù)要求，延長維護(hù)周期，使鍛件閥體的致密性得到保證，提高閥體的使用壽命和整體強(qiáng)度。

（2）閥桿與閥體重型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的，是為了消解管線應(yīng)力、提高閥體強(qiáng)度，按照ASNI標(biāo)準(zhǔn)對閥體中法蘭螺栓數(shù)量進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，確保閥門能夠適用催化劑固體顆粒沖刷，符合高頻次開啟要求，確保長維護(hù)周期運(yùn)行的整體要求。

（3）閥座后面適用蝶形彈簧加載。通過使用蝶型鎳基高合金彈簧，能夠有效避免彈簧被聚合物堵塞卡死的情況，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏、扭矩變大、密封失效，通過在碟形彈簧的兩側(cè)使用防塵圈保護(hù)，可以有效避免碟形彈簧腔體內(nèi)進(jìn)入臟物和雜質(zhì)，進(jìn)一步強(qiáng)化密封作用。即使在小壓差工況下，也可以確保密封性。閥球承受的介質(zhì)壓力，也不在閥座上作用。閥座不必承擔(dān)支撐閥球的作用，從而令閥座壽命得以延長，減少閥門安裝的方式對閥座產(chǎn)生的影響。碟形彈簧設(shè)計(jì)耐腐蝕強(qiáng)、推力均勻，可以確保閥腔超壓釋放。

（4）使用全通徑設(shè)計(jì)閥門。設(shè)計(jì)人員通過使用全通徑設(shè)計(jì)，對介質(zhì)無任何節(jié)流和流阻，使用特殊抗沖刷工藝制作介質(zhì)和閥門的接觸面，閥腔內(nèi)與介質(zhì)接觸的流道，閥球、閥座經(jīng)專用數(shù)控設(shè)備配對研磨，進(jìn)行鏡面拋光處理，聚合物料、聚丙烯顆粒，以及催化劑不會直接掛壁，能夠有效降低閥門受到物料的沖刷，從而延長閥門使用壽命。

（5）使用刮刀式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閥座密封面兩側(cè)。使用特殊刮刀式閥座設(shè)計(jì)，能夠確保閥門動作時(shí)，有效刮擦閥球表面上黏結(jié)的顆粒物，閥座后部設(shè)計(jì)成開放式閥腔，在球閥動作時(shí)，通過利用流體特性，及時(shí)清除閥座后的聚合物和微量分離，保證閥門擁有自清潔功能。

4 PDS控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

4.1 KINETROL扇形氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

（1）單個(gè)移動部件，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝空間緊湊。

（2）轉(zhuǎn)軸和葉片整體鑄造，沒有空城、齒條、曲柄、齒桿，沒有碰撞力和動力損失，易損件少，便于維修維護(hù)。

（3）耗氣量少，動作迅速，工作壓力保持在0.14～1.00 MPa。

（4）使用聚氨酯制作密封材料，其耐磨能力幾十倍于普通橡膠密封材料，使用壽命長。

（5）采購及后期維持成本較高。

4.2 KTM AW Series、Metso B Series氣動執(zhí)行器特點(diǎn)

（1）真正意義上的模塊化設(shè)計(jì)。彈簧模塊、壓力模塊、扭矩模塊，均為獨(dú)立模塊。

（2）壓力模塊。一般來說，執(zhí)行機(jī)構(gòu)缸體工作壓力在0.28～1.00 MPa，氣缸尺寸設(shè)計(jì)和相關(guān)密封按照國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)模塊化目標(biāo)，便于采購，并為全部活塞配有雙層碳填充PTFE方柱型密封圈和耐磨條，鍍鉻處理和氣缸內(nèi)壁拋光實(shí)現(xiàn)耐磨損目標(biāo)。

（3）彈簧單元。合理設(shè)計(jì)通信彈簧組，拉式壓縮彈簧設(shè)計(jì)，彈簧腔端蓋更易于安裝液壓式和螺旋式手輪，實(shí)現(xiàn)彈簧腔模塊標(biāo)準(zhǔn)化。

（4）活塞缸耗氣量大，要求更高的空氣流速來滿足閥門的開關(guān)扭矩及時(shí)間要求。

（5）性價(jià)比較高。兩種不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也是PDS閥選型的最重要的考慮的問題。

5 PDS順控與聯(lián)鎖邏輯的設(shè)計(jì)

（1）PDS控制系統(tǒng)的順控步驟

一套正常的PDS控制系統(tǒng)的順控分為6個(gè)步驟，PDS控制系統(tǒng)在發(fā)起每步的動作前都會對允許條件進(jìn)行常規(guī)檢查，以確保其符合允許的條件。

（2）PDS控制系統(tǒng)順控時(shí)間的設(shè)定

PDS控制系統(tǒng)順控中有A、B、C、D四個(gè)計(jì)時(shí)器，其是根據(jù)工藝包給定值進(jìn)行簡單設(shè)立，再根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品倉與卸料罐上的核料位計(jì)、壓力變送器及控制閥的動作時(shí)間進(jìn)行詳細(xì)設(shè)定，但是在時(shí)間設(shè)定值不應(yīng)超過一定范圍，如：①A計(jì)時(shí)器可調(diào)節(jié)時(shí)間為T1，0～100 s;②B計(jì)時(shí)器可調(diào)節(jié)時(shí)間為T2，0～60 s;③C計(jì)時(shí)器可調(diào)節(jié)時(shí)間為T3，0～120 s;④D計(jì)時(shí)器可調(diào)節(jié)時(shí)間為T4，0～30 s。要想保持PDS控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，除了對計(jì)時(shí)器的設(shè)定以外，還要專業(yè)工程師以閥門動作完成的時(shí)間作為依據(jù)，并結(jié)合下料時(shí)間要求對順控及聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行調(diào)整。

6 PDS控制系統(tǒng)順控終止與連鎖保護(hù)動作

PDS控制系統(tǒng)分為“自動”與“單步”兩種工作模式，其在每完成一項(xiàng)工作進(jìn)行下一步操作時(shí)，都會對其進(jìn)行判斷，一般會在3～5 s內(nèi)完成，如果在判斷過程中超出時(shí)限制則需要立即停止該套PDS順控的運(yùn)行，此時(shí)系統(tǒng)會及時(shí)發(fā)出警報(bào)，通知工作人員解決。但是，如果是一對PDS中的某一套PDS系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)先將此套PDS系統(tǒng)的B閥和G閥關(guān)閉，同時(shí)將A、C、GP閥打開，再將W閥關(guān)閉并調(diào)制手動關(guān)閉位置，達(dá)到脫離連鎖順控的控制，最后在用L閥替代W閥實(shí)施順控。此操作可以通過L閥來平衡產(chǎn)品倉與反應(yīng)器間的壓力。當(dāng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)連鎖事故時(shí)，則需要通過反應(yīng)終止系統(tǒng)將聚合反應(yīng)停止。在出現(xiàn)此情況時(shí)，需要停止所有的PDS控制的順控，并將PDS系統(tǒng)的A、B、C、G閥關(guān)閉，以達(dá)到切斷反應(yīng)器與產(chǎn)品倉之間的工作。

7 結(jié)語

PDS高頻球閥廣泛應(yīng)用于聚丙烯等裝置上，而我國聚丙烯消費(fèi)總量占世界消費(fèi)總量第一位，但國內(nèi)聚丙烯裝置上的關(guān)鍵PDS高頻球閥大部分是國外進(jìn)口的，特別是聚丙烯卸料系統(tǒng)PDS是聚丙烯生產(chǎn)工藝中的核心部件，其配置的球閥要求快速動作，使用壽命要求達(dá)到100萬次。只有按照相關(guān)專利商要求，嚴(yán)格把控PDS控制閥各個(gè)方面，確保閥門在正常使用情況下，壽命大于20 a，確保閥門整體無故障狀態(tài)下運(yùn)行5 a，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在正常操作維護(hù)狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)不低于100萬次無故障運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)抗沖刷、耐磨損、高頻次技術(shù)要求，確保其安全性、可靠性，為后期工作的順利開銷奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相關(guān)工作人員要在實(shí)踐中不斷積累工作經(jīng)驗(yàn)、吸取教訓(xùn)，推動PDS控制閥建設(shè)工作邁上新臺階。

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