尿素装置P4阀的改进

    山西兰花集团化肥厂尿素装置原P4阀采用气动薄膜单座调节阀（ZMBS-320型），阀体结构为单座角式，材质为316L；执行机构采用反作用气动薄膜式，气源压力为0.14MPa，流量特性为直线。在运行过程中，该P4阀使用寿命仅6个月，因无法控制合成塔而被迫停车。拆检后发现阀芯、阀座几乎被腐蚀完。更换后，连续几次出现同样的问题。经对该调节阀的选型分析，决定更换为气动活塞高压反气蚀调节阀（ZJHS-320型）。从2008年9月安装至今，运行基本正常，2010年6月拆开检查，未发现异常。

    1 闪蒸、汽蚀原因分析及改进

    闪蒸、汽蚀是P4阀使用寿命短的主要影响因素。由于P4阀阀前压力为19.96MPa，阀后压力为1.60MPa，压差为18.36MPa，远远大于尿液的最大饱和压差。尿液流经阀芯、阀座处时会产生闪蒸，由此再产生汽蚀，并对阀门内部及相邻近的管道结构造成极大的破坏，尤其对阀芯会产生严重的冲刷破坏。小开度工作时，节流口流速更快，压力更低，闪蒸破坏更严重；大开度工作时，系统压力恢复到饱和压力以上时造成的汽蚀破坏也很严重。为此，应尽量避免小开度工作，并采取有效的反汽蚀措施。

    （1）直线流量特性的调节阀在小开度时，流量相对变化值大，放大系数大；当调节阀在大开度时，流量相对变化值小，放大系数小。等百分比流量特性的调节阀在小开度时，调节阀的放大系数小；而在调节阀大开度时，放大系数大。相比而言，相同流量系数的调节阀流过同样流量的尿液时，等百分比流量特性比直线流量特性对阀门的开度要大。故为追寻大开度下工作，将流量特性改为等百分比。

    （2）原结构为简单单座形式，18.36MPa的压差完全作用在阀芯上，在阀芯处产生的闪蒸、汽蚀很大，为了减小该影响，必须减小阀芯处的压差，采取逐级降压的方法，把调节阀的总压差分成几个小压差，逐级降压，使每一级都不超过临界压差。ZJHS-320型高压反汽蚀调节阀结构如图1所示。该阀采用“孔板+单座阀+套筒阀”三级节流结构：一次节流为接管缩径（a处），相当于孔板节流，约占总压降的10%；二次节流为单座节流（主节流、b处），采用单座阀的结构，约占总压降的30%；三次节流为套筒节流（c处），采用套筒结构，约占总压降的60%。该结构将通过总压差分成数个较小的压降，每个较小压差都确保其节流面最小处的压力大于饱和蒸汽压力，避免或减轻闪蒸效应对阀的破坏作用。除减小此破坏外，用小孔喷射型结构的套筒节流件取代原单座阀的“导向衬套+阀座”方式，可以彻底解决导向衬套易松落的问题；还可以减少抗流对阀芯座的单边局部破坏作用，降低节流喑音。

图1 ZJHS-320型高压反汽蚀调节阀结构

    2 腐蚀原因分析及解决

    腐蚀是P4阀使用寿命短的次要因素（化学腐蚀和磨损腐蚀）。尿液对不锈钢有化学腐蚀作用，将原316L不锈钢阀内组件改为进口尿素专用钢（U3或A4）阀内组件，阀体仍采用316L。磨损腐蚀因受到过分的机械冲刷作用而不易恢复，腐蚀率会明显加剧，因尿液中含有固相微颗粒，大大加剧磨损腐蚀，可通过开车阶段的氧钝化在阀体内部及组件外部形成氧化膜来减轻腐蚀的影响。

    3 执行机构输出力的影响及改进

    P4阀原采用反作用气动薄膜式，其弹簧力较小（0.14MPa），P4阀运行压力高（19.96MPa），使用中，在阀门开度小或停车需要阀门全关时，经常出现由于弹簧力较小使阀门无法控制压力或无法关闭到位。将其改为气动活塞执行机构，其具有体积小、推力大、运动可靠等特点，弹簧力可达0.5～0.6MPa，可以消除此方面的影响。