減溫減壓器調節閥優化改進方案

一、減溫減壓器調節閥優化改進方案工藝條件及改造前的工藝狀況

    在我公司自用蒸汽的工藝生產中，有一臺關鍵設備為減溫減壓器，該設備將鍋爐生產的蒸汽(在不通過汽輪機發電的情況下)從2.48 MPa 430℃，減溫減壓至0.35MPa 170℃以滿足公司其它用汽單位的需求；該減溫減壓器上的減壓閥和減溫水分配閥為該減溫減壓器廠配套的，型號為Y45／Y100-Dg150雙座減壓閥和 JF61H-100 DN32 給水分配閥；該設備自公司生產以來，連續運行了4年多，基本上能滿足公司生產的要求：但在這4年多的運行期內，我們也發現該設備存在一些問題，主要表現在如下幾方面：



    ◆減壓閥的泄露量大，特別是在蒸汽通過汽輪機發電的情況下，在該種條件下，該減壓閥該是*關死的，但由于雙座調節閥本身的結構和產品質量等問題，該調節閥在全關位置時仍有較大的蒸汽泄露量，造成了不必要的能源損耗，增大了生產成本。

    ◆調節范圍小：從雙座調節閥的調節特性可知，該調節閥的調節范圍比較小：根據工藝的實際操作情況來看，在鍋爐小負荷運行時(蒸汽產能在l0T／h時)，該減壓閥無法完成對蒸汽壓力的調節，即在蒸汽流量小于10T／h時，無法對蒸汽壓力進行調節。

    ◆控制精度低，穩定性差：減壓閥和減溫閥的控制采用的是帶伺服放大器角行程電動執行機構，執行機構與閥桿的聯結采用的是杠桿：伺服放大器的型號過于陳舊，平衡和穩定度的調節過于復雜，由于用于伺服放大器和反饋板上的電子元件器件未經工業化處理，對環境的要求也較高，在高溫和粉塵環境中工作不穩定：執行機構與閥的聯結設計不合理，多支點的杠桿聯結方式雖然滿足了將角行程電動執行機構輸出力的放大，但由于杠桿各聯結點存在較大的機械縫隙，無法滿足整個控制系統對控制精度及控制穩定性的要求，因此這兩閥的控制精度和控制穩定性均較差，無法滿足投自動的要求，自生產開車以來一直處于手動和．現場操作狀況，控制精度低。

    ◆日常維修量大，工藝操作困難：由于該控制系統上的設備在當時選型時均有一定的缺陷，此在實際運行時總是存在一些問題，每周均有2—3次的維修，而且工藝自開始生產以來就沒有投上過自動，增加了工藝操作人員的操作難度。為了解決上述設備所存在的問題，更好的滿足工藝安全生產的要求，我決定對該溫減壓器上的減壓閥和減溫水分配閥及其控制系統進行改造。



    根據工藝的要求及公司目前的生產狀況，該兩臺調節閥應滿足如下的工藝生產條件：
a)蒸汽減壓調節閥：
    工藝管徑： 150mm(DN150、PN10)
    介質：蒸汽
    溫度：Max 430℃
    流量： Qmin 4T/h Qnor 15T/h Qmax 20T/h
    進口壓力：2.45MPa
    出口壓力：0.35MPa
    配電動執行機構：電源為220VAC/50Hz
    輸入信為： 4－20mA
    閥位反饋信號為：4－2OmA
    執行機構上帶手動開／關手柄或手輪
b)減溫水閥：
    工藝管徑：32mm(DN32、PN10)
    介質：水
    溫度：108℃
    流量：Qmax 2500kg/h
    進口壓力：3.0MPa
    出口壓力：0.4MPa
    配電動執行機構：電源為220VAC/50Hz
    輸入信號為：4—20mA
    反饋信號為：4—20mA
    執行機構上帶手動開/關手柄或手輪
    根據以上的工藝條件，我們將調節閥和執行機構分開選型，首先確定執行機構，然后再選調節閥，再由調節閥的供貨商提供成套。



二、減溫減壓器調節閥優化改進方案電動執行機構的選型
    根據工藝運行的需要及工藝人員的要求，此調節閥的執行機構我們決定選用電動執行機構，為此就我們所掌握的資料，經多方比較我們選擇如下三家在世界范圍內較的電動執行機構專業生產廠家。電動雙閥座蒸汽減壓閥主要由閥體、閥座、閥瓣等零件組成,采用雙閥座、雙錐體閥瓣的結構。采用壓力平衡式閥瓣,通過閥瓣升降調節壓力可配用ZKZ-BC型或其它型直行程電動執行器實現遙控和自動控制。本系列產品的減壓比用到0.6較為合適。本產品主要用于蒸汽管路,調節壓力。廣泛應用在熱電聯產、輕紡、印染、石化、制糖等行業。


1>環境溫度：
    目前我公司正在用的減溫減壓器附近的環境溫度我們實測為： 離閥座10cm處的溫度為220℃左右，在此點往上再上移15cm，此處溫度為72℃，而目前廠應用了3000多臺套，具體在類似我公司所用的電動執行機構處的溫度為56℃．根據我們這幾年的使用KOSO的經驗來看，KOSO對環境溫度是小于60℃，但在57℃左右時，此電動機構即出現工作不正常的情況。因此，KOSO的電動執行機構不能用于此減溫減壓器上，而Auma及Rotork的工作范圍為-25℃～80℃，且Auma還有一種高溫型的，可將適用環境溫度范圍擴展為0℃~120℃，而在我們的此處應用中，選用-25℃～80℃的普通型即可。
2>輸出力柜：
    目前我公司20T/h減壓閥上的伺服電機額定輸出力矩為250N·M，但在給減壓閥出力時應用了一個杠桿，將此力放大了6倍(現場杠桿力臂分別為65cm比11cm)。這樣對此減壓閥的輸出力矩實際上在1500N·M左右，而從上表中可以看出，1500N·M的力矩輸出對KOSO電動執行機構來說已是上限了，沒有余量，因此只Auma及Rotork可以。
3>應用情況：
    ◆KOSO電動執行機構在我公司電站已有較多的應用，在較低的環境溫度(53℃以下)，小力矩輸出(500N．M以下)的條件下使用情況較好，維修量也較少，這幾年的運行也較滿意。
    ◆ Auma電動執行機構我公司的維修人員有對該產品的使用及維修經驗，據維修人員反映，此執行機構在用了十幾年后，，均能一直很好的工作，維修量極少，建設我們用此執行機構。
    ◆Rotork電動執行機構在我們的兄弟單位有應用，該廠的電站有幾臺調節閥也是用的Rotork的電動執行機構，使用了一年多，工作一直很好，幾乎沒有維修量。
    ◆在性能價格方面，經我們的了解比較，Auma價格在二者間。



三、減溫減壓器調節閥優化改進方案調節閥選型
    由于調節閥的選型，涉及到的因素較多，考慮的因素也很復雜，涉及到多個專業，不是此方面的專業廠家，有些因素怕考慮不到，而且此設備對我們來說既關鍵又投資高，因此在選擇供貨商時，我們約定了如下原則：
    • 廠家必須具備完善的售后服務，提供及時的技術支持。
    • 必須是世界上有名的且在此方面有較優良的生產及服務業績的大生產廠家，此點主要從產品質量和信譽上考慮。
    • 價格上必須要有競爭力。
    基于以上三點原因，就我們所掌握的資料和情況，我們選擇了三家生產廠家，分別是：美國 Fisher公司，芬蘭Neles公司和德國的Samson公司。
    以上三家的代表在收到我們的工藝條件后，又經過多次聯系，反復核實有關的技術及工藝參數，均做出了選型，且三家均在選型中提供了調節閥選型計算書（均按我方要求，配Auma電動頭，并調試好，總成交貨），從該調節閥的結構上可知為不平衡閥，一般介質流向為下進上出(Fisher及Samson均選此種調節閥)，該類調節閥的閥芯是通過上下行程方式來控制介質流量的，因而配該調節閥的執行機構為直行程機構：而NELES的TOP5系列調節閥為球閥結構，閥芯通過0—90度的開關角度來控制介質的流量，因而配該調節閥的的執行機構為角行程執行機構；


下面就此三家廠家所報的兩種閥型比較如下：
    l>調節閥在工作時對執行機構輸出力的要求
    單座調節閥由于本身設計原理和結構的原因，在大差壓的情況會產生較大的不平衡力，具體到我們的工藝條件，如果按我們的工藝條件：即6￡￠(150mm)調節閥及21Kg／cm2 的差壓，所產生的不平衡力約為：1854．6Kg，考慮到15％左右的余量，至少也在2100Kg左右。此點在Samson的計算書中已體現出來，他們計算出來的推力在18．8KN左右，而Fisher在同我們的交流中，也說到此不平衡力，而且也很大，但在計算書中沒有表述出來。由于電動執行機構出力要有大于此不平衡力才能關閉此調節閥，因此電動頭的功率要較大，而且單相220VAC的電機已滿足不了此要求，必須要三相380VAC的電機才能產生此巨大推力。在Samson計算書中，也已考慮了此問題，他們采用的是380VAC電源。由于要求電機產生的推力大，因而電機功率也要大，對電動執行機構的要求也高，因而價格也較貴，此點Samson和Fisher的報價均有體現。而在Neles報價中，由于他們采用的是TOP5系列的球閥，是角行程閥門。電動執行機構提供的是力矩，比直接作用在調節閥上的推力要小得多，經他們計算，認為只需8ON·M的扭矩即可，這樣電動執行機構輸出的力就小得多。價格要低，整體價格自然也就有競爭力了。
    2>調節閥噪聲與汽蝕：
    在調節閥的選型中，另一個重要的要考慮的問題是噪聲及汽蝕。特別是介質為高溫高壓的蒸汽。就調節閥來說，前后差壓愈大，介質流速就愈大；流速愈大，則產生的噪音就愈大；同時對閥芯和閥內件的破壞也愈大。噪聲產生后，不僅嚴重損傷閥芯和閥座，在嚴重的情況下，還能對閥的下游工藝管道引起共振，嚴重影響工藝的正常生產：另外噪音對工人的人身健康也產生極大的危害，依據國家《工業企業噪聲衛生標準》中的第五、六條的要求，每個工作日接觸噪聲8小時，允許噪聲為85dBA以下，每個工作日接觸噪聲小于1小時，噪聲不超過115dBA．除此之外，伴隨著噪音的產生，還會有氣蝕、閃蒸等一系列問題伴隨出現，這些情況的出現，將嚴重影響調節閥的工作質量及穩定性，更會大大地縮短此閥的使用壽命。
    在Neles的計算書中，對噪聲有一欄專項計算，由于Neles所選的Top5系列的調節閥內件采用了很好的降噪及消除汽蝕內件,即Q—Trim降噪件,該Q—Trim內件的結構如下：
    從該結構圖中，我們可了解到，該閥的球芯上已做成了多孔多級的網狀結構，該結構本身即符合降噪原理 (即逐漸降壓)，因此具有良好的降噪功能；同時該結構與通常所說的球閥已有本質的區別，除繼承了球閥的基本特點：如緊密的關閉，全通徑高流量，內阻小等外，還有如下新的特點：如低噪聲，高調節比，調節穩定和調節范圍內無工作死區和遲滯等，由于具有這些特點，因而提高了該調節閥的調節特性。
    在采用了具有降噪功能的Q—Trim內件外，為了更好的達到我們的降噪要求，該調節閥在出口處又再加了一塊降噪音衰減板(attenuator plate)，具體到我們的工藝條件下，此調節閥的噪聲控制得非常好(加降噪音衰關板具體結構如圖二)，

    此外，對其他更苛刻的工藝條件的降噪，該閥還可在Q—Trim內件和噪音衰減板(attenuator plate)之間再加一個降噪器(diffuser)，具體結構如圖三所示，這樣在一臺閥上可實現三級降噪；因此從該調節閥的結構上看，已具備了非常好的降噪的特點。

    根據我們的工藝條件，我們只用了兩級降噪即滿足了我們的降噪要求，在我們的工藝條件下，此調節閥所產生的噪聲為91．85dBA，而且根據我們的工藝指標，在三種典型工藝條件下(流量分別為2oT／h、15T／h、4T／h)，其它條件不變)。噪聲分別為91．85dBA、89．94dBA、81．64dBA。根據我公司的生產狀況，此流量正常一般為l5T／h左右，此時噪音為89．94dBA，只需在閥體外稍稍加上保溫措施，即可達到噪音在85dBA以下，從而達到國家的有關標準。在三個廠家的選型中，Neles所選的TOP5系列調節閥的噪音控制是，很好地解決了在此大差壓中產生噪聲的問題，這樣就為此調節閥今后的使用狀況及使用壽命，打下了良好的基礎。
3)調節特性
    三家公司均對所選型號的調節閥的調節特性做了說明，即等百分比調節，但Neles的計算書中，對我們的工藝條件中的三個代表性的工藝流量點，即20T／h、15T／h、4T／h所對應的調節點進行了計算，分別對應：59.67％、49.02％、1 6.3 8％。即在等百分比調節特性曲線中的16%—60%之間，從等百分比特性曲線中我們可以了解到在15%—75%之間，調節特性是最為理想的。
4)使用情況
    三家公司所生產的調節閥在我國均有應用的實例：Samson的閥門在上海氯堿廠及國內其它地方有大量的應用，Fisher調節閥在我國也有非常廣泛的應用，就我公司目前也使用了大量的Fisher閥，而Neles在我國許多化工廠、電廠、紙廠的工藝條件下(即用于大差壓蒸氣流量調節控制)，Neles上海辦事處給我們提供了如下四個應用實例一直工作穩定可靠，基本上沒有出現故障，只是在該調節閥運行近4年后，進行日常拆下檢查，沒有發現問題，安裝后運行至今。



四、減溫減壓器調節閥優化改進方案結論
    通過對此三家的產品分析和比較，結合我公司工藝生產情況，我們認為在電站減溫減壓器的改造中，選用 Neles公司的產品是可行的，在各項技術、指標中也能*我們工藝及技術的要求，而且價格及性能也較有優勢，因此我們決定此項目改造的設備選型方案為： 



五、減溫減壓器調節閥優化改進方案改造后的工藝狀況
    經過充分的準備和安排，我公司減溫減壓改造計劃在99年年底停車檢修時如期進行，在將兩臺調節閥改造的基礎上，我們還對調節閥的控制系統進行了改造，去掉了伺服控制系統，改在控制室內加裝強制手動的手操器，自動控制則采用DCS，在控制室的操作盤的手操器上，可實現手／自動切換，手動時由手操器上進行操作，自動時由DCS系統來執行控制，同時在該調節閥的現場，該Auma執行機構上還有手輪，可實現在現場進行人工調節，這樣在控制上更可靠，工藝操作更靈活。
    經過上述的改造，在隨后的生產中，該減溫減壓器在運行中表現出了良好的工況，具體表現在如下幾個方面：
在使用汽輪機發電的情況下，該蒸汽調節閥關閉時，能*關死，沒有泄露現象，減少了能量損失，降低了生產成本。調節特性有了明顯的改善，改造前在10T／h蒸汽流量的情況下，減壓調節閥沒有調壓能力，改造后即使在蒸汽流量只有6T／h的情況下，該減壓調壓閥均能將出口蒸汽壓力很好地控制在0.35MPa±0.02MPa的范圍內，更好地滿足了生產的需求。
    改造后，該調節閥的噪聲控制良好，在沒有保溫的條件下，流量在15T／h時，離該調節閥0.5米處測得的噪聲為89.2dBA；在加上保溫后，離該調節閥0.5米處測得噪聲為83.8dBA,*達到了當時我們造型要求達到的降噪目標。
    控制特性有了極大的提高，由于Auma電動執行機構本身即帶有4-20mA的閥位反饋輸出，且傳動為緊湊的齒輪結構，又加上我們將自動控制必由DCS系統來執行，因此大大的提高了控制精度，同時控制的可靠性和穩定性也得到了極大的改善；在改造*后很順利地投上了自動，控制效果非常好，減輕了操作人員的操作難度，提高了控制效率，較好地解決了自開車生產以來就遺留下來的生產難題。



    改造后，維修量極大地減少；到目前為止系統已穩定可靠地運行了2年多，還沒有對該系統及執行機構進行過任何維修，工藝對改造后的結果非常滿意。該系統自底改造完成后，一直穩定可靠地運行，其中沒有出現過任何維修和控制非常的發問，因此我們認為，該設備的選型是成功的。
    此外，從我們的選型經歷和該調節閥2年多在我公司的實際運行情況來看，在大差壓，對降噪聲和防汽蝕要求較高等應用條件下，該TOP5系列的調節閥應該有廣闊的應用前景，同時該調節閥也給我們在調節閥選型時增加了一個非常好的選擇機會！