偏心旋转阀在液相双环管聚丙烯装置中的应用研究

        引言
        目前，国内聚丙烯生产过程中使用最为广泛的工艺为液相双环管工艺，该工艺之所以能够广泛地应用于聚丙烯的生产过程中，主要是由于该装置的生产效率十分之高。具体而言，在聚丙烯生产过程中，一般需要有两种催化剂的共同作用，一种是主催化剂，就是主要对反应起到催化作用的催化剂，反应的速率主要由主催化剂来决定；另一种就是助催化剂，主要是协助主催化剂起到对反应产生催化作用，二者只有相互地配合，才能够使得催化效果达到最佳状态。反应物料在于上述二种催化剂进行混合而成浆液，进入预聚合反应器，在这个反应器中，上述二种催化剂的机械性能是逐渐增强的，待催化剂的机械性能增强至最佳状态时，这时反应物料就可以与丙烯及氢气相混合而进入双环管反应器（双环管反应器的主要特点是流速高、温度高）。在双环管反应器中，聚丙烯就生成了，但是仍然存在着部分的剩余丙烯液体，这些剩余的丙烯液体又可以通过高流速进行循环使用，再次与催化剂相结合，参与下次的反应。聚丙烯的具体反应流程就是如上面所述。其中，在液相双环管装置中，有一个偏心旋转阀，这对于反应起到十分重要的作用，本文在针对液相双环管聚丙烯工艺的要求进行阐述，指出偏心旋转阀在设计方面的一些改进措施，并对该装置的使用过程中存在的一些问题进行归纳和总结，最终使得偏心旋转阀的阀门能够达到生产工艺的要求。
        1 偏心旋转阀概述
        1.1 偏心旋转阀的结构
        生产聚丙烯的系统的偏心旋转阀主要是由气动执行机构以及偏心旋转阀两个部分组成，气动执行机构主要包括两种形式。由下图1可以看出，与其他阀所不同的是，偏心旋转阀的构造十分新颖，主要在于旋转阀的阀体接近一个圆筒的形状，阀芯球面的中心线与阀轴旋转中心之间设计了一个偏心距，当阀轴带动阀芯旋转时，阀芯球面相对于阀体中心做偏心旋转，其轨迹呈凸轮状曲线，当阀关闭时，阀芯的柔臂发生弹性变形，使阀芯球面与阀座紧密贴合，达到可靠的密封。下图1就是偏心旋转阀的结构示意图。

        由上图可以看出，偏心旋转阀的结构确实比较新颖，在设计上面与其他的旋转阀不同。其具体的工作原理为：首先，生产聚丙烯的两种原料——丙烯及氢气经过最上端的减压阀1和2，然后上述气体主要分为两路：一路是经过减压阀1给位于反应设备内部的定位器进行供气，一般将此定位器的压强设置为27000Pa；另一路通过减压阀2给左面的汽缸进行供气，设定为上述压强的一半，即为13500Pa。在这个过程中，一般将通过恒压阀对汽缸内的压力进行控制，控制在一个特定的值，一般通过恒压阀将其压力设定在13500Pa。上述定位器主要采用的是单向输出电气阀门定位器，其所起的作用为正作用。当定位器的输入信号逐渐增加时，那么此时需要输出的气体的压强就会增加，右面的汽缸的压强也会随之而增加，此时上述所增加的压强推动了活塞向左进行移动，从而关闭了阀门，气体就不能通过阀门输出了。这个时候，左面的汽缸的压力也逐渐增大。通过恒压阀的作用，向外排气使得汽缸的压力保持在13500Pa。偏心旋转阀主要就是通过上述的压力反馈而使得左右两个汽缸内的压力达到平衡，最终使得阀位控制在一定的角度。
        1.2 偏心旋转阀的优点
        与普通的压力控制阀相比，上述系统的偏心旋转阀具有如下几个方面的优点：（1）质量较轻，容积较小，而且气密性非常好；（2）流程较为简单，阻力小，流通能力非常大；（3）能够适用范围较大的温度，最高可以适应450℃的温度；（4）可以抗气体腐蚀，在流程工业中节流可引起大量的气蚀，气蚀可能损坏管道，产生不可接受的噪音等级，同时还可对计量系统产生扰动而引起不清楚或不可靠的读数，旋转阀具有坚同的设计，大大减少了由于水锤现象造成阀门动作失败，同时其阀芯可以吸收部分多余的能量，明显地降低气蚀及相关的问题；（5）适合于有悬浮颗粒物、大流量、高粘度以及大差压场合。阀芯球面可以产生偏心运动，这样可以大大地减少操作过程中而产生的力矩，且具体操作时，能够保持稳定。该阀在施加较小的力矩时，可以获得高度密封的效果。存在两种流向，且呈现动态流动，稳定性也非常好，在流开及流关安装过程中，流量的特性不会发生改变。
        2 偏心旋转阀应用
        2.1 应用过程中需要注意的几个问题
        针对偏心旋转阀结构特点以及液相双环管聚丙烯反应过程中的特殊性，对偏心旋转阀的使用过程中需要注意如下几个方面的问题。
        2.1.1 阀门Cv值的确定
        在对偏心旋转阀的阀门Cv值进行确定及选择时，需要考虑两个方面的限制因素：（1）对下游设备的负荷能力的考虑，偏心旋转阀的流通能力的大小不能超过事先所设定好的限制；（2）对未来装置扩大生产能力的考虑，可以选择较大Cv值的偏心旋转阀的阀门，并且需要通过的DCS组态过程中对输出回路设置输出上线设置使之不会超过工艺要求的上限。
        2.1.2 对流体流动的方向的确定
        按照阀体的箭头方向来对流体流动的方向进行确定。在这里需要特别注意的是，由于从原则上而言，偏心旋转阀可以选择双向流向，除执行机构力矩不同外不会影响调节特性。
        2.1.3 阀门定位器的选择
        为实现阀门的精确可靠控制，经过比较，决定选用西门子SIPARTPSI智能型电气阀门定位器。
        2.2 偏心旋转阀的改进
        由上面对偏心旋转阀的结构进行介绍可知，偏心旋转阀具有设计上的不合理性，主要表现在：阀的响应能力较差，响应较慢；设定的时间常数非常之大；阀盘根泄漏较为严重；而且装置在较高温度，较高压强的条件下进行，因此存在着极大的安全隐患。在图1的基础上，将偏心旋转阀的结构作如下图2的改进：

        将图1和图2作了一下比较，主要是对如下两个方面进行了调整及改进。
        2.2.1 阀门执行器气缸驱动控制方式的改变
        由恒压阀保持恒压驱动左气缸，与单输出电气阀门定位器驱动右气缸的组合驱动方式，改为采用高精度的双输出定位器驱动方式。取消减压阀2、恒压阀气路组件，将单输出定位器更换成高精度的双输出定位器，所有的气源控制集成在一台定位器中实现，从而减少外部的一些性能较差的辅助组件。使现有的控制精度更高，阀门更趋于经济。
        2.2.2 SIPARTPSI定位器的功能特点
        该定位器由微控制器（CPU）、A/D（D/A）转换器、压电导向控制的气动阀等组成，其主要特点：用压电控制阀取代了喷嘴挡板机构，给定值和实际值的比较完全是电信号，不再是力的平衡，大大提高了可靠性，降低了能耗；采用微处理器，实现智能化，通过软件组态，可自动修改控制参数（在线自适应控制算法），补偿机械摩擦的变化和填料老化所造成的问题，达到良好的控制效果。
        3 结论
        综上所述可知，当前石油化工化以及炼化装置一体化装置规模大大扩大，在生产过程中，对于仪表及其控制系统的要求也越来越严格。偏心旋转阀由于能够达到上述要求，因此被广泛地应用。但是在实际的使用过程中，需要注意安全生产的要求，对其生产的工艺特点以及流程进行很好地把握，对装置进行一定程度的改进，这样方能提供较为安全可靠的生产。
        参考文献
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