介紹了福建PX裝置改造主要工藝改造內容，結合相關管線的嚴苛工況，分析了閃蒸和氣蝕的特點，從調節(jié)閥的結構形式分類、閥門材質的抗腐蝕性選擇、調節(jié)閥的流量特性指標、閥門流量動作的選擇(流開或流關)，閃蒸和氣蝕引起的噪音的減少，以及閥后流速對調節(jié)閥產生的影響等方面，探討了調節(jié)閥的選型指標。實際應用結果表明，調節(jié)閥的選型是合理和成功的。

　　福建聯(lián)合石油化工有限公司原有1套70萬t/a芳烴聯(lián)合裝置，該裝置以直餾重石腦油、加氫裂化重石腦油以及乙烯裂解汽油為原料，生產對二甲苯和苯等芳烴產品，為充分發(fā)揮煉油化工一體化的優(yōu)勢，綜合利用煉油和乙烯的芳烴資源，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和產品的升值。利用裝置原有條件，依托老廠對PX裝置進行節(jié)能改造(以下簡稱PX裝置改造)。

1、PX裝置改造主要內容

　　連續(xù)重整裝置改造后規(guī)模增加20%；二甲苯塔和重芳烴塔更換成高效塔盤；甲苯歧化反應部分提高反應空速，降低氫/油比，以滿足改造要求；歧化補充氫壓縮機由一操一備改為兩臺同時操作滿足擴能后要求；苯-甲苯分餾裝置的苯塔、甲苯塔規(guī)模加大，更換為高效塔盤等。工藝條件與原PX裝置相比，嚴苛工況更加多一些。

2、影響調節(jié)閥選型的工況

　　2.1、嚴苛工況

　　1)工藝介質較特殊。①管線中的工藝介質具有濃濁漿狀、粘度高、有腐蝕性或者含有懸浮特及顆粒狀物質等。②在PX裝置改造中，需改造介質為燃料氣的部分管線。燃料氣介質特點為：內含固體顆粒，容易堵塞閥門；且介質中含硫，有腐蝕性。在閥門選型時，需要特別考慮。

　　2)工藝條件苛刻。此次PX改造項目的苛刻工況，更多情況下為流體介質并不特殊，但工藝條件比較苛刻，比如流速大、壓力大、管徑小、閥門前后壓差大、易產生閃蒸和氣蝕、出現(xiàn)閥后氣液兩相流的情況等。這些工藝參數經計算以后，噪音等各項選型指標超標，影響調節(jié)閥口徑和開度的選擇，有些甚至影響調節(jié)閥的壽命。

　　2.2、閃蒸和氣蝕的產生原因和危害

　　在調節(jié)閥選擇和計算中，最重要的影響因素是閃蒸和氣蝕現(xiàn)象。

　　2.2.1、產生原因

　　如圖1所示，當壓力為P1的液體流經閥門時，流速突然急劇增加，而靜壓力驟然下降，當閥后壓力P2達到或者低于該液體所在情況下的飽和蒸汽壓時，部分液體產生氣化，形成氣液兩相共存的現(xiàn)象，在液體中產生空腔(氣泡)，這就是氣蝕的第一個階段。從離開閥門的下游開始，液體磨擦引起流體減速，其結果使流體截面和壓力都增加，這種速度與壓力頭之間的能量反向轉換稱之為“壓力恢復”。由于在閥門處減少到蒸氣壓所形成的氣泡在壓力增加的下游不可能存在，就會擠壓破裂而恢復形液體狀態(tài)。至此，氣蝕過程完成。如果下游配管系統(tǒng)的壓力正好相當于或小于入口的蒸汽壓，繼續(xù)流入下游流體的蒸汽百分比會不斷增加，流體速度持續(xù)增長其結果將產生閃蒸而不是氣蝕。

圖1 沿液流方向通過閥門各點的壓力和速度圖線

1-壓力；2-速度；3-飽和蒸汽壓力；4-閥后摩擦導致流體減速；5-閥后摩擦導致壓力增加

　　由此可見，閃蒸是一種工藝系統(tǒng)現(xiàn)象，在調節(jié)閥設計上無法解決；而氣蝕可通過調節(jié)閥及其各個附件的選擇，將一次性降壓改為分級降壓，來減小甚至避免該現(xiàn)象。

　　2.2.2、危害

　　在氣蝕過程中，氣泡破裂時所有能量集中在破裂點上，產生巨大的沖擊力，足以嚴重地沖擊損傷閥座、閥芯、閥體。在高壓差的場合中，即使加硬過的閥芯閥座，除調節(jié)閥本身，甚至其相鄰管道也會被沖擊力損壞。閃蒸和氣蝕還會造成噪音和振動，使調節(jié)閥無法控制，閥芯閥座變形損壞。

3、調節(jié)閥選型參數

　　3.1、結構形式

　　1)直通單座閥。單座調節(jié)閥閥體內有一個閥芯和一個閥座，具有關閉嚴密、泄漏量小的特點。但該閥閥芯所受不平衡力大，其允許壓差較小，適用于中小口徑的閥門。這類調節(jié)閥結構簡單，價格較便宜，應用廣泛，是PX裝置改造中不可或缺的一類閥門。但其閥體流路較復雜，不適用于含有懸浮物及顆粒物的介質。

　　2)偏心旋轉閥。偏心旋轉是一種角行程閥門，它結構緊湊，閥體流路簡單，阻力小，且密封性好。這類閥門常用于高流通量、調節(jié)范圍大的介質，也常適用于PX裝置改造項目。流經含有固體顆粒且有腐蝕性、直通調節(jié)閥不適用的燃料氣介質的管線，改造更新時，選擇偏心旋轉閥。同時，該裝置中很多要求密封性好的大口徑管線，也都選用該種閥門。但其抗氣蝕能力和降噪能力低于直通調節(jié)閥。

　　3.2、閥門材質

　　由于PX裝置改造中的燃料氣介質含硫，閥門的閥體、閥蓋及閥內件材質需要進行NACEMRO175規(guī)定的防腐處理，且填料需采用雙層填料。但由于填料采用了雙層，其比單層填料的摩擦力會大一些，閥門執(zhí)行機構的推力要求會變大，這點在閥門選型的時候需要特別注意。

　　在關鍵場合的閥門，閥內件需要加硬，以便延長閥門壽命。如流體介質含有固體顆粒或為腐蝕性流體、高差壓[壓差大于0.7MPa(表)]、管路等級規(guī)定要求、介質為高壓蒸汽、鍋爐給水等場合，閥內件材質皆需要司鈦萊硬質合金316SS或其他類似硬化處理。

　　而在有可能產生閃蒸和氣蝕的場合，閥芯更應該采用相應的材質和處理方法。閃蒸在設計上無法解決，需要加固閥芯，增強對此現(xiàn)象的抵抗力。而氣蝕現(xiàn)象，則可以通過選擇防氣蝕閥內件結構，如迷宮閥等，分級降壓、多級減壓，合理分配壓降，減少氣蝕發(fā)生的可能性。

　　3.3、流量特性

　　調節(jié)閥的流量特性是指介質流過閥門的相對流量與相對位移(閥門的相對開度)之間的關系。閥門的流量特性常用的有等百分比特性和線性特性。等百分比流量特性也稱為對數流量特性，它是指單位相對位移變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關系，即調節(jié)閥的放大系數是變化的，它隨相對流量的增大而增大。等百分比特性調節(jié)閥最小流量開度應大于20%，正常流量開度應小于80%，最大流量開度不應超過90%。等百分比特性在開度小時，閥門放大系數小，調節(jié)平穩(wěn)；30%以上開度調節(jié)時，特性好，放大系數大，調節(jié)靈敏有效。

　　線性流量特性是指調節(jié)閥的相對流量與相對位移成直線關系，即閥門的放大系數是一個常數。線性特性調節(jié)閥最小流量開度應大于10%，正常流量開度不應超過60%，最大流量開度不應超過80%。線性特性在30%以下開度流量調節(jié)時，更具有優(yōu)勢。開度小時，線性調節(jié)靈敏度高且震蕩比等百分比調節(jié)震蕩小，因而調節(jié)速度快；但大開度時，調節(jié)緩慢，不夠及時。有些閥門由于結構或所帶附件的要求，只能選擇其中一種調節(jié)特性。如帶降噪籠的調節(jié)閥，一般選用線性流量特性。

　　3.4、閥門流量動作

　　閥門流量動作(流開和流關)的選擇，主要從介質對閥芯的沖擊方面考慮。

　　流開閥門：正常狀態(tài)下流體流動方向有開閥門的趨勢，關閉閥門所需要的執(zhí)行機構推力較大。小流量調節(jié)時需要的執(zhí)行推力較大，因此常用流開閥門，推力大，調節(jié)精度高。

　　流關閥門：正常狀態(tài)下流體流動方向有關閥門的趨勢，需要的執(zhí)行機構推力較小。大口徑閥門一般采用流關閥門正是由于此類閥門推力小，在閥門關閉時，不會因為過大的執(zhí)行機構推力而傷及閥內件。但此類閥門在小流量調節(jié)，尤其在15%以下的開度調節(jié)時特性很差。

　　3.5、噪音

　　噪音大小和閥體無關，和壓差有關系，壓差越大，噪音越大。閃蒸和氣蝕也會產生噪音。

　　噪音大于105分貝，會令閥門產生振動，對閥體造成損傷。它令代門機械部件松動，磨損大，調節(jié)不穩(wěn)定，甚至有可能因閥芯和閥座振動頻率不匹配，對閥座產生沖擊變形，閥桿折斷。

　　加降噪閥籠對噪音的減小很有成效，且其對閥后流速影響小，也可減少氣蝕發(fā)生的可能性。但有降噪籠，閥門的流量特性只能選用線性特性。且某些降噪籠孔直徑小，若用在含有固體顆�；蛘扯雀叩慕橘|上，容易堵塞。

　　3.6、閥后流速

　　閥后流速的大小取決于閥體大小。同樣的管徑下，閥體越小，閥后流速越大。氣體介質的閥后流速大于112m/s，液體介質的閥后流速大于10m/s，會對閥芯產生沖擊。閥后流速太大，介質會不斷沖刷閥芯，損傷閥芯，使閥芯變形，失去調節(jié)作用。擴大閥體，可以減小閥后流速。閥芯尺寸相同的情況下，閥體尺寸改大，則有可能在保證較好的調節(jié)特性的同時滿足閥后流速的要求。

4、PX裝置改造項目中調節(jié)閥的選型

　　PX裝置改造工況較嚴格苛刻，在選調節(jié)閥時應全面考慮各種參數。但在很多情況下，選型的各種指標會有些矛盾。如為流經燃料氣的管線選擇調節(jié)閥，該管線苛刻的工況使其可能會出現(xiàn)閃蒸和氣蝕，且噪音嚴重超標，需要所選閥門有降噪和分級減壓的功能。但由于其介質內含有顆粒物體，又無法使用降噪閥籠和迷宮閥，因此在調節(jié)閥選型時相當困難。通過深入了解工藝條件，充分比較，從中選擇出最優(yōu)的解決方案。

　　1)本項目不適合選用小流量調節(jié)閥；而直通單座調節(jié)閥結構簡單，造價較低，在工藝條件允許的情況下盡量選用。

　　2)根據偏心旋轉的特性，在本項目中，直通調節(jié)閥不適用的流有燃料氣介質的管線改造更新時，宜選用偏心旋轉閥。

　　3)由于蝶閥的流量特性差，因此在PX裝置改造項目中很少選用。

　　4)PX裝置改造項目由于高壓場合多，也不宜選用V型球閥。