自动阀门应用中的误区.docx
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自动阀门应用中的误区
自动阀门应用中的误区
李永恒
（全国氮肥技改咨询部上海200062）
摘要：
系统的介绍了，移动床间歇气化炉，在自动阀门应用中出现的种种误区。
使许多企业造成巨大的损失。
并介绍了如何科学应用阀门的方法。
关键词：
自动阀门煤气炉阀板阀杆阀速
前言
有关如何正确的、科学的应用好自动阀门，笔者进行了全面的研究，发现阀
门里面的技术含量很深。
近年来撰写多篇有关科学应用自动阀门文章，在《小氮
肥》《化肥设计》等刊物上发表，在社会上产生一定影响，经常接到读者来电咨
询。
然而笔者在近年内去了一些企业，发现不规范使用阀门的现象，还相当普遍
，特别是那些新建和扩建造气工程中，仍然不科学应用，看到此现象叫人心痛。
，其主要原因对阀门的重要性，认识不足，必然会步入误区。
因此笔者再次重申
阀门里面有“黄金”，希望各企业领导要高度重视自动阀门的科学应用。
下面笔者
将近年来在各企业所看到的误区论述如下，供大家参考。
1阀径选择中的误区
自上世纪80年代以来，中小型氮肥厂将煤气炉的炉膛直径不断扩大，然而自动阀门的直径未扩大，有的企业虽然进行了扩大，但是不按等比例扩大，存在盲目性，给煤气炉的发气量受到影响。
如：
Φ2600炉，有的企业煤气阀选用DN500阀，有的企业选用DN800阀，显然都不科学，应该选用DN700阀，比较合理。
过小影响发气量提高，过大不但影响发气量，阀门使用效果也差。
类似情况很多。
多大的炉膛，选择多大的阀门，才有科学性。
笔者经研究，按炉膛截面积与阀门截面积之比例，来选择阀径是比较科学的。
如：
1.1空气阀门：
按18︰1或19︰1为好。
1.2煤气阀门：
按14︰1为好。
1.3回收阀（烟囱阀）：
按9︰1为好。
1.4蒸汽阀或加氮阀：
100︰1为好。
1.5说明：
以上为参考数据，各企业根据自家的原料来选择，优质原料可以偏大些，劣质原料可以偏小些。
上述比例笔者是根据从事造气54年的经验计算出的。
2阀位选择中的误区
各种阀门安装在什么位置才有科学性，这是值得研究的。
从一些厂现场看到不合理安装阀门的现象很多，给企业造成损失。
2.1空气阀的安装
一般安装在炉下，离中心管3-4m。
空气管上的安全挡板阀必须设置，很多厂不用此阀是错误的，最好安装在室外，而且放空口要向上安装，并加装放空管，使炉内漏过来的煤气排空。
2.2煤气阀的安装
采用余热集中回收的流程中有了三个煤气阀，①上行煤气阀应该安装在旋风除尘器之后。
在吹风阶段，该阀一定要处在关闭状态，防止煤气漏入吹风气中，有些厂吹风气中有效气体成分高，与该阀在吹风时开着有关。
②下行煤气阀也应该安装在除尘器（可以设置一个简易的挡板除尘器）之后。
③煤气总阀应该安装在进煤气总管之前的管道上。
有关问题评述
1当前许多企业用型煤造气，煤气中含尘量较大，煤气不经过除尘就进入阀门，粉尘对阀门的冲刷较大，使阀门的使用寿命缩短。
2某些所谓专家要求将上下行煤气阀安装炉体附近，其理由是下吹蒸汽可以直接进入炉内，可以节约大量蒸汽。
其实都是无科学道理的。
上吹制气后，转入下吹制气时，炉上系统内是充满煤气的，上行煤气阀关闭后，炉上系统成闭环状态，（非真空状态）下吹蒸汽直接入炉。
因此不存在阀门移到炉体可以节约蒸汽之说。
另外，煤气不但含尘高，而且温度高，都会影响到阀门的寿命。
3笔者经多家厂考察，凡是将上下行煤气阀移到炉体附近的，都以失败而告终，最后又改回除尘器之后。
2.3烟囱阀的安装
该阀有两种情况，有吹风气回收潜热系统的称为回收阀，另外还设置有放空阀，一旦回收系统发生故障，吹风气从放空阀放空。
该两阀都应该在旋风除尘器之后。
2.4上吹蒸汽阀位置
许多企业在吹风阶段，把上吹蒸汽阀设置在开的位置，显然是不对的。
因为蒸汽总阀泄漏（自动阀门中运行一段时间后都会有泄漏。
），在吹风时就有蒸汽入炉，吹风气中有效气体成分就会增加，煤耗也增加。
3座板阀进出气方向安装的误区
自上世纪60年代座板阀问世以来，就存在进出气方向安装的问题，因座板阀有90度的弯头，当初使用该阀时没有经验，是根据现场情况任意安装的。
经长期实践应用表明，气体必须是侧进（上进）下出才合理。
因为如果采用下进上出，阀板下部有气体顶住，当油压波动时，阀板在瞬间会顶开，此时阀板出现弹跳现象，可以听到阀板撞击阀座当当的声音，也就是人们常说的阀板在跳舞，此现象易造成半水煤气中氧高。
4阀门泄漏问题的误区
任何自动阀门经过应用后，都会不同程度的产生泄漏现象，泄漏又分为外漏和内漏，外漏部位一般在上下格兰处，上格兰处漏的是液压油，下格兰漏的是煤气、蒸汽、空气。
外漏易发现也好解决，只要将格兰填料更新便可以了。
但是，内漏就不易发现了，只能凭经验来判断阀门是否有内漏，一般可以用听棒来听取，如果有泄漏，就会听到气体嗤嗤的响声。
按原化工部规定，自动阀门每月煤气炉小修时要对各自动阀门进行检查和试漏，每年要全部更新，如不更新，阀门内漏的损失，远比更新阀门的费用大得多。
许多企业普遍存在，阀门不坏不更换的误区，有一企业主任对我说，某阀门用了三四年了，从未坏过，其实从该阀漏掉的钱（不管是漏的蒸汽还是漏的煤气，都是漏的钱）可以买许多阀门了。
例如：
某企业新建一套造气工程，选择Φ3000mm煤气炉，因设计合理，设备配置也有科学化，所以投运后在烧煤棒的情况下，单炉日产氨高达75t。
但是，运行半年后，在其他条件不变化的情况下，单炉日产氨下降到70t，目前还在继续下降。
显然下降的原因与阀门的内漏有关，随着运行的时间增加，阀门内漏的情况就越严重。
造成阀门内漏的原因很多，主要是阀板与阀座的密封圈接触不严密有关，内漏的原因还与阀门的品位有关（后面细说）。
5阀门运行中存在“阀待”盲区
5.1何谓“阀待”盲区”
在固定层煤气炉间歇气化过程中，在一个工作循环里可以分为5-6个阶段，每个阶段在转换时，都是用自动阀门开或关来控制气化剂或煤气的走向。
煤气炉在正常工况下，炉内的燃料在燃烧或产生气化反应，但是在阶段转换时，因某个阀门未关到位，炉内即使有煤气产生也是无法送入后系统的，只有等待阀门关到位后，煤气才能送出去。
例如：
上吹变下吹时，一定要等待上行煤气阀关到位后，下行煤气才可以送入后系统，这个等待过程称为“阀待”，因为长期来无人关注，所以又称为“盲区”。
近年来笔者对如何科学的、正确的应用好自动阀门深入研究，而且越研究越觉得阀门里面的技术学问很深。
“阀待”造成的经济损失是非常大的（后面举例计算）。
因此呼吁广大从事造气工作的朋友，都来关注自动阀门吧。
一定会为企业创造巨大的经济效益的。
5.2“阀待”现象的经济损失计算
5.2.1假设已知条件
11台Φ2600mm炉日产氨40t（低水平）。
2合成氨售价：
2000元--2500元1吨（各地不等，本文按低价2000元计算）。
3煤气炉循环时间为：
120s。
4循环时间分配：
吹风30s（25％）；上吹30s（25％）；下吹45s（38％）；二次上吹10s（8％）；吹净5s（4％）。
5阀门动作开关时间（见表1）。
6煤气炉1天运行22h，1年运行330天。
吨氨折标准半水煤气3300立方米，吨氨煤耗1.3t，吨煤价800元。
表1煤气炉在阶段转换时主要阀门动态与时间
项目
吹风阶段转换
上吹阶段
上吹阶段转换
下吹阶段
下吹阶段转换
二次上吹段段
二次上吹阶段
转换吹净阶段
吹净阶段转换
吹风阶段
开、关
时间（s）
开、关
时间（s）
开、关
时间（s）
开、关
时间s
开、关
时间（s）
吹风阀
关
2
开
3
安全挡板阀
关
2
开
2
煤气总阀
开
3
关
3
上行煤气阀
开
3
关
3
开
3
关
3
下行煤气阀
开
3
关
3
烟囱阀
关
3
开
3
蒸汽总阀
开
2
关
2
上吹蒸汽阀
开
2
关
2
开
2
关
2
下吹蒸汽阀
开
2
关
2
注:
⑴加氮未考虑。
⑵阀门开关时间为最快。
5.2.2首先计算出1个工作循环内“阀待”时间有多少秒。
⑴吹风阶段转上吹阶段，7个阀门全部开关到位最少要3s，“阀待”时间为3s（阀门开关情况见表1）。
⑵上吹阶段转下吹阶段，4个阀门全部开关到位，也要3s，“阀待”时间为3s。
⑶下吹阶段转二次上吹阶段，4个阀门全部开关到位，也要3s，“阀待”时间为3s。
⑷二次上吹阶段转吹净阶段，4个阀门全部开关到位，也要3s，“阀待”时间为3s。
但是，如果蒸汽总阀、上吹蒸汽阀和安全挡板阀，开关到位在2s的话，吹风阀慢1s全开，也无大碍，“阀待”的时间可以算作2s。
⑸吹净阶段转吹风阶段，由于空气阀和安全挡板阀均已开着的，只要烟囱阀一开，吹风气就放空或送入回收系统。
此阶段转换“阀待”时间就算作1s吧（实际比1s大得多）。
进入计算:
3+3+3+2+1=12s
⑹采用余热集中回收流程的炉子，未设置防煤气倒流装置，在阶段转换过程中，煤气总阀和上行煤气阀还未关到位时，后系统的煤气会产生倒流现象，倒流的煤气随同吹风气放空或送入回收系统。
其损失是很大的。
从以上分析计算得知，1个循环中有12s是处于“阀待”状态。
5.2.3计算全年价值:
⑴计算每秒的价值:
40t×2000元÷24h÷3600s=0.93（元/s）
⑵计算循环数:
22h×3600s÷120s=660（个循环/d）
⑶计算全天“阀待”时间多少秒:
12s×660个循环=7920（s）
⑷计算全天价值:
7920×0.93元=7365（元/d）
⑸计算全年价值:
7365元×330d=2430450（元/年）
5.2.4对全年价值的评估
⑴如果要从耗煤折价：
2430450×2000元=1215（tNH3），（假设吨氨煤耗1.3t，煤价800元）。
1.3t×1215t×800元=1263600（元）。
从全年价值中减去耗煤价:
2430450元-1263600元=1166850（元）
⑵实际上煤气炉在“阀待”期间，炉内的煤在燃烧或气化。
因此，在全年总价值中是否一定要减去耗煤金额，值得探讨了。
⑶题中计算所假设的数据都偏低，实际“阀待”造成的经济损失还要大得多。
5.2.5对“阀待”现象的分析
以上计算的损失应该是真实的，煤气炉存在“阀待”现象一直是个盲区，长期来一直未引起人们的关注的一个大问题。
这就是固定床间歇气化技术，比粉煤直接连续气化技术的煤耗高的主要原因之一。
笔者经过长期研究，通过技术改造完全可以将煤气炉“阀待”的时间减少或消除，挽回巨大的经济损失。
特别是新建造气工程时，在微机设置时就可以消除“阀待”现象。
6.阀门运行速度的误区
6.1阀门动作慢的损失计算
笔者近年内去了一些氮肥厂，特别关注自动阀门的应用，普遍存在的现象是阀门安装错位和开关动作慢，大多数厂都在4-5s阀门才开关到位，有的厂最慢在7s以上。
这种现象给企业造成的经济损失是非常惊人的，企业领导和管理人炎对阀门开关慢的损失认识不足。
为了帮助企业领导认识，阀门开关动作慢造成的巨大的经济损失，下面我们就从阀门开关动作慢1s来计算。
本文前面已计算出1台Φ2600mm炉，在阶段转换时，阀门开关动作慢1s的价值为0.93元/s，1个循环有5个阶段转换，每个阶段在转换时都慢1s。
列式计算:
0.93元/s×5个阶段×660个循环×330d=1012770（元）。
扣除50％耗煤等因素，每台炉每年有50余万元的径济损失，如果慢2s就是100万元了（类推）。
6.2提高阀门速度的方法
⑴泵站的改造
初期选用的油泵的型号为：
HB-32型和HB-50型，其油的流量分别为:
41.5L/min和62.5L/min。
近年来由于炉膛直径扩大，随着阀径也增大，原来的油泵排油量无法使阀门正常运行，必须选用大型油泵（见表2）。
表2五种泵站的主要技术参数
----------------------------------------------------------------------------技术参数CJ-CB32CJ-CB50CJ-CB63CJ-CBG2080CJ-CBG2100
----------------------------------------------------------------------------电机功率（KW）5.511111518.5
----------------------------------------------------------------------------泵站排量（L/min）467291116147
----------------------------------------------------------------------------额定工作压力（MPa）6.27.86.27.17.1
油箱容积（L）76076076010001000
⑴油泵选择时应注意以下内容:
1机械效率高、噪音小、性能稳定的产品。
2系统回油阻力应该尽量小。
3为了加强对回油的过滤，一定要在回路上设置过滤器。
4应设有压力继电器、油位继电器及测温元件。
5为了确保高温季节油温低于35℃，在泵站回路总管上设置患联外置冷却器。
⑵设置CJ型泵站智能控制柜
该控制柜可以使泵站系统自动运行，不需要人员值守。
控制柜具有以下功能:
1手动和自动控制方式的切换。
2自动检测并显示油泵的工作状态，上传至DCS。
3油位低限时和高限时都能发出报警信号，当油压低于设定值1.5s后，备用泵自动启动，油压达到正常设定压力10s后或达到高限值时，停运备用泵。
4油泵因故障跳闸时，自动启动备用油泵，在原油泵故障未排除之前，不能自动切换到原油泵，并且始终显示故障声光报警，当故障排除后，按复位按钮5s后，报警消除，可启用油泵。
5先启动的泵为主泵，PLC自动记忆。
62台油泵轮流工作，间隔24h后自动转换。
7具有回油过滤器超压报警功能。
⑶蓄能器的更新
蓄能器作为油压系统的辅助动力源，其配置好坏直接影响油压系统工作的稳定。
以往使用的蓄能器的容量偏小，一般在20L，后来改用40L，仍然偏小，现在都选用≥60L,蓄能器容量越大，越有利于系统压力的稳定，有利于提高阀门的开关速度。
蓄能器的安装应满足能量释放快、阻力小、各阀站间均匀分布的要求，最好在每个阀站附近配置1台大容量的蓄能器。
切勿将多台蓄能器集中放置，更不要将蓄能器放在二楼或油站附近。
⑷油压阀站
要提高阀门的启闭速度，除了保证油压泵站的流量及蓄能器合理配置以外，换向阀、管路（管路配置见表3）、阀门及接头配置也至关重要，关键是要消除油压缸回路的瓶颈，达到加快阀门的启闭速度的目的。
油压阀站的配置应注意以下几点:
表3油压系统管路配置单位:
mm
高低压总管高压总管至蓄能器低压总管至蓄能器高低压总管至阀站阀站至自动阀油缸
Φ57×4”Φ76×4Φ57×4Φ25×3Φ38×3.5Φ25×3、Φ32×3
_____________________________________________________________________________________________________①阀站的阀位数量原则上应比所控制的自动阀门的数量要富余2-3个，以满足扩展的需要。
2换向阀的配置因油压缸而定，应以满足自动阀门启闭速度≤2.5s的要求（见表4）。
1个换向阀只能控制1个自动阀门。
3油压缸控制回路可选择差动和直动两种形式，根据自动阀门阻力及油压缸推力计算，对比后确定。
4油压缸回路应设置相关自动阀门安全互锁装置，互锁形式及数量根据工艺需要而定。
5下灰阀站可独立设置，也可以与油压阀站合并为一体。
下灰油压缸回路应设置安全插销自锁装置，防止因油压波动造成灰门松动而使煤气外泄。
6每个阀站油路的进、出口处应安装截止阀，便于单台炉检修时不影响其他炉的正常生产。
表4五种换向阀的应用与配置
———————————————————————————————————————————————————
换向阀型号通径面积适用油压缸适用自动阀配套球阀型号配套胶管
（mm）（mm2）（mm）（mm）
4*O（P）-B10H-TΦ1063D63DN500CJZQ-100-15Φ13
4*O（P）-B12H-TΦ1295D63/D80DN500-600CJZQ-100-20Φ16/Φ19
4*O（P）-B18H-TΦ18200D80/D90DN600-900CJZQ-100-25Φ19/Φ22
4*O（P）-B20H-TΦ20200D80/D90DN600-900CJZQ-100-25Φ19/Φ22
4*O（P）-B25H-TΦ25400D90/D100DN900-1400CJZQ-100-25Φ22
说明:
*既可为D，供电电压为AC220V，也可为E，供电电压为AC24V。
⑸阀门油压缸
1提高自动阀门的启闭速度对增加有效制气时间、提高煤气炉总效率有着非常重要的作用。
但是，阀门动作速度过快，会增大阀板对阀座密封圈的冲击力，导致阀门泄漏和使用寿命缩短，久之会使阀板撞坏。
因此，必须选用具有双缓冲结构的油压缸，通过油压缸的缓冲作用来减小对阀门的冲击力，从而延长了阀门的使用寿命。
2自动阀门所配置的油压缸，与法兰盘连接大多采用丝扣结构，该结构容易出现油压缸法兰盘脱丝现象，被迫停炉检修，影响生产。
解决法兰盘脱丝现象最好的方法，采用焊接法兰盘结构，是将法兰盘与缸筒焊接为一体。
3油压缸密封材质的好坏，与油压缸使用周期及油压系统的稳定有着密切的关系。
目前多数采用丁睛橡胶或聚氨酯作为油压缸活塞密封材料，其使寿命短。
建议选用聚四氟乙烯复合材料双密封形式，该材料具有耐高温、抗磨损、不破碎等优点，使用寿命可达3年以上。
4油压缸活塞出现内漏，会影响阀门启闭速度，一般很难从外部观察到活塞泄漏量多少，是否需要更换活塞密封件，都无法作出准确判断，这是自动阀门运行中一大难题，长期困扰着造气管理人员，只有等待阀门速度下降很严重时，或者等阀门不能动作时，才被迫停炉检查，更换活塞密封材料。
选用CJ-1型油压缸，他能够解决上述难题，可以在不停炉和不增加任何配置的情况下，对油压缸活塞密封情况进行检测，其密封件泄漏量大于30mL/min时，需要停炉检查或更换密封件。
该技术的特点是:
不影响生产随时可以检测，节省了维修费用和工人劳动强度，同时为快速诊断油压系统压力被动原因寻找到一条捷径。
5一般自动阀门，阀杆在油压缸内的行程是固定的，自动阀门在1年中启闭动作多达数十万次，在长期运行中阀板对阀座密封圈撞击下，使阀座内部空间长度增加，然而阀杆的长未变化，显然阀板与阀座密封圈产生缝隙，造成阀门内漏，不论漏的是煤气、蒸汽、空气，都是漏的“钱”，直接影响到企业的经济效益。
选用CJ-2型可调行程油压缸，可以对油压缸内活塞杆的行程进行调节，根据阀板实际行程的需要对活塞杆的行程进行微调，可调节范围在1-30mm，确保各种连接形式的自动阀门均能缓冲到位，避免了阀门因阀板不到位而产生的内漏。
⑹油压系统优化运行
要想提高阀门的速度，必须使油压系统实现长周期、无故障、稳定运行，一是要求系统设备配置合理;二是液压元件质量有保障，这两点是基础，当然，日常维护及管理也非常重要。
㈠加强油压系统的科学管理和维护
油压系统常见故障中，很大比例是由于油液污染所引起的，因此防止油液污染非常重要。
油压系统所使用的油泵和控制阀等液压元件，在运行过程中零件之间都要有良好的配合表面，并带有阻尼孔和缝隙式控制阀口，如果油液混入固体杂质，就会堵塞阻尼孔和缝隙，使元件不能正常工作，如果进入元件的配合表面，其精度和粗糙度就会遭到破坏，使泄漏量增加并出现卡阻现象，大大缩短液压元件的使用寿命，严重时会影响油压系统的正常运行。
良好的维护和认真的管理，是防止油液污染的有效方法。
一般应采取以下措施：
1油液罐所在环境要保持清洁，所有油液用具保持干净。
2油箱周围环境也要保持清洁，油箱要加盖密封，并为油箱装设空气滤清器。
3油液要严格过滤，滤油器应保持清洁。
4严格执行清洁操作规程，防止杂物带入系统。
㈡油压系统压力波动大的原因与对策
引起油压系统压力波动大的原因有：
1电磁阀内漏量超标。
2阀门油压缸活塞密封件损坏，造成油压缸串油。
3蓄能器内件损坏或充气压力不合适。
4溢流阀调节性能下降。
5油泵实际排量偏小，与额定流量有差距。
6系统油温过高或过低。
7油介质的粘度发生变化。
㈢对策
判断引起油压波动大的原因，首先是日常维护经验的积累，其次是靠检测手段。
如：
1用电磁阀检测校验装置对电磁阀性能进行检测及筛选。
2采用DJ-1型油缸检测装置对油压缸进行检测。
3对于系统存在的故障原因，要按先后顺序逐项检查。
检查顺序如下:
蓄能器→溢流阀→换向阀→油泵→油压缸。
逐一排除，直到找到问题为止。
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