华鲁恒升液空阀技术改造

八幡

项目背景：
       液空阀是液空分离单元空分装置的关键设备，其运行状态直接决定装置运行的平稳性。介质为液态空气，流向为低进高出，阀前压力7.1MPaA，阀后压力0.6MPaA，使用温度-175℃。该温度对应饱和蒸汽压为0.5MPaA，也即于0.5MPaA，介质会发生闪蒸，由纯液态转变为气液两相流。华鲁恒升原阀门结构如图1所示。阀门采用阀芯和套筒两级减压结构。在使用中出现如下问题：

1）运行过程中振动大，噪声大；
2）定位器控制失灵，阀门突然关闭。

图1 原厂阀门结构图

       鉴于阀门运行中出现的上述问题和阀门位置的重要性，华鲁恒升委托我公司对阀门进行改造。

分析及应对：
       阀门振动为调节阀常见问题，导致因素一般为:1）高速介质冲击阀芯，较大的不平衡力造成阀芯振动；2）介质压力降低到工况温度的饱和蒸汽压以下，介质闪蒸，形成气液两相流。气液两相流流动稳定性较差，容易造成阀门的高频振动。定位器控制失灵的原因排除自身硬件问题、执行机构选型偏小（通过核算，该阀门执行机构输出力足以克服介质的不平衡力）之外，通常亦和阀门振动相关。定位器有自身最高抗振频率，超过其最高抗振频率定位器控制部件会短暂失效，导致阀门非正常动作。

       鉴于以上原因，文章通过Ansys Workbench 14.0对介质的压力场、速度场进行仿真模拟。以期寻求振动成因，并对阀门进行针对性改造。

改进及效果：
      根据计算结果，在现有阀门大体结构不变的前提下，将原有套筒增加一级，总减压级数由2级变成3级，新内件结构如图2所示。

     

图2A 改造后三级内件主视剖面结构          图2B改造后三级内件俯视剖面结构

     改进后的结构消除了闪蒸，降低了介质流速，解决了现场振动、噪声大的问题，使阀门平稳运行。从改造至今，阀门在线运行已达8个月，用户反映在线运行平稳，振动消除，噪声在65dB以下，定位器控制可靠，未出现控制失灵现象。

     

原套筒结构                              改进后套筒结构