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加氫裂化高壓控制閥嘯叫振動改造方案

發布于:2015-11-07 09:57:00

  摘要:在高壓控制閥應用中,一個典型的問題是在特定時出現高頻嘯叫和振動,這一現象的頻繁發生會導致控制閥內件磨損、失效。分析了某煉化裝置中出現這一現象的根源,并根據實測參數和閥門選型提出了綜合性的解決方案,在改造實施后成功解決客戶的問題,閉關延長了閥門的使用壽命。

  一、前言

  中石化某煉化廠的加氫裂化裝置,出現問題的閥門位于四臺并行連接的壓縮機的出口處,閥門的出口作為旁路連接回壓縮機上游的儲氣罐,介質為新氫,閥門的作用是控制壓縮機的出口壓力。正常情況下,該閥門關閉,當壓縮機出口壓力過高時,閥門打開,使氫氣回流到壓縮機上游的新氫儲氣罐中,起到壓力調節的作用。

  閥門的原始信息如下表所示:

閥體形式和材料 閥體尺寸 2in Fiher HPAT角閥
壓力等級 CLASS1500
材質 碳鋼WCC
內件形式和材料 內件形式 Whisper III C3平衡式降噪閥籠
閥籠材料 17-4PH
閥芯材料 416SST
閥座材料 416SST
流量 流向 底進側出
額定流量系數Cv 13.3
流量特性 線性
執行結構 彈簧膜片式正作用執行結構Fisher 657/46
行程 1.5"

  注釋:1in=0.0254m下同。

  閥門在正常工況下的相關選型計算信息如下表所示:

參數 工況1 工況2
氣體流量/(m3/h) 6700 13000
入口壓力/kPa(g) 14700 14700
閥門壓降/kPa 13000 13000
溫度/℃ 118 118
計算流量系數Cv 1.258 2.440
閥門開度(%) 17 30
閥門噪聲/dB 73 76

  二、問題分析與解決

  1、現場問題

  該高壓控制角閥在系統開車正常工況1和工況2下,發現較大的振動。為了測試更多數據,改用手輪操作下進行診斷,逐漸增大和減小開度,發現在4%~20%開度區間的嘯叫和高頻橫向振動最頻繁。從現場測試的數據開看,實際工況與計算選型基本相符,出口和入口壓力都大致恒定,流量只隨開度變化。打開閥門后發現,閥芯靠近閥座一端有明顯的磨痕,應為閥芯、閥籠在上下運動中頻繁的橫向振動導致的金屬面咬合現象。

  2、原因分析

  閥門選型計算結果表明正常工況下噪聲都低于常規要求的80dB,所以考慮是否由于偶爾性的小概率事件導致。以工況1為例,根據流量特性是線性,總行程1.5in,計算得到17%開度下實際行程為15in*17%=6.48mm。

  閥籠、閥芯和閥座處間隙流發生如下圖所示情況??紤]到該工況壓差大,開度小,因而流通面積小、流速高,同時因為是套筒式結構,閥芯和閥籠的間隙處也有介質流過,會產生較強的間隙流,對內部結構產生擾動。當流體擾動、固有頻率等因素相互作用時,在特定條件下能量聚集,產生共振,會激發嘯叫和高頻的振動。

  3、解決方案和實施效果

  根據上面的分析,如果能避免間隙流的產生,現場出現的問題就會得到有效解決。解決方案如下:

  a、根據工藝參數,設計一個特征化的Whisper III降噪閥籠替代原先的線性降噪閥籠。新閥籠的額定流量系數有所減小,但是仍然會滿足最大工況要求。同時為了正常工況下閥門開度盡可能大,改用等百分比流量特性。

  b、在閥芯上靠近閥座的一側圓周上開槽,槽內附加一個金屬環LMPR,該金屬環起到一定的阻滯效果,減少了閥籠之間流過的介質,提高了穩定性,而且閥芯閥籠間隙量的減少也限制了兩者的橫向振動。經過計算,改進后閥內件的間隙流不到原來的1/3。

  c、附加了LMPR的閥芯會增大閥芯上下運動的摩擦力,需要保證執行機構出力仍然滿足要求,經過重新選型計算,更換了彈簧,改變了彈簧了預緊力,并將調節氣源壓力的過濾減壓閥做相應調整,以保證獲得更大的氣源壓力。

  在經過以上改造后,由于開度的增加以及流道的改善,閥門固有頻率也發生了改變,該閥門沒有再出現高頻嘯叫和振動。

  三、總結

  間隙流作為控制閥在小開度下工作的一種特有現象,由于壓差、閥內件結構形式和流體擾動等偶然因素的共同作用,在小概率下可能會產生閥門選型中沒有預計到的不利振動。一種可行的解決方案是更改閥內件設計,通過降低額定流量、該流量特性、減少閥芯閥籠間隙等手段,減少間隙流的發生??刂崎y作為一種高度定制化的過程設備,其運行可靠性會受現場很多具體因素的影響。當出現了問題時,不應簡單地歸結為產品的選型、設計或者質量問題,供貨方應該與客戶緊密合作,結合實際工況進行個案分析,因地制宜地解決問題。

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