格尔木炼油厂加氢PSA装置程控阀结构分析
格尔木炼油厂加氢PSA装置程控阀阀芯底部受气源压力为2.4MPa。上部受气源压力0.6MPa，在生产过程中经常需要更换密封片，影响氢气的产量，同时增加了工人的劳动强度。本文通过使用PRO/E建立实体模型，依据轴对称原则将其1/4导入ANSYS软件中，分析阀体各部分的受力，以求找到有效的解决办法。
随着石油天然气事业的发展，程控阀的应用日益广泛。在格尔木炼油厂所使用的加氢PSA装置程控阀由于平均每20min就要动作一次，而且底部受压力比较大，所以要经常更换密封垫，工人劳动强度较大。而且底部容易发生内漏，降低了生产的安全性，影响了炼油厂的生产。本文通过实体建模和有限元分析，来推理阀体哪个部分受力最大，根据实际生产情况和计算分析来得到有效的解决办法。
1、PSA装置调节阀特点
PSA装置的切断阀是四川天一科技股份有限公司设计生产的QGJ4.0型切断阀。阀门的执行机构为活塞式，阀门内部形式为套筒型平板密封，流量特性为快开，软密封，关闭时的密封等级达到Ⅵ级。图1是其没有阀座部分的照片。
图1 切断阀结构图
2、实体模型的建立
在PRO/E中建立阀体的三维模型，本文采用DN200的切断阀进行建模，零件模型使用的单位制是mm、N、s，根据实际情况建立与现实生产中相符合的实体模型。
2.1、阀体的有限元模型
2.1.1、阀体模型的导入
通过ANSYS和PRO/E软件的无缝接口，将阀体模型导入ANSYS当中，整个过程在不脱离两个软件的情况下进行，以确保信息的完整。
2.1.2、划分单元格并设置材料属性
阀芯采用的是广泛应用的45号钢，具有足够的硬度。泊松比为0.3;弹性模量为2.7×109Pa。分析中采用的是刚体模型，由有限元自动生成单元格并划分网络。划分网络后的模型见图2。
图2 模型
2.1.3、施加约束载荷并得出云图
在分析时，约束阀芯底部的自由度，即阀芯底部不动。阀芯上部受气源压力0.6MPa，阀芯底部受管道内介质压力为2.4MPa。阀芯上部直径为200mm，阀芯底部直径为240mm。在施加载荷并且进行有限元处理后，所得的云图如图3所示。由图3可见：在底部不动的情况下，阀芯中间部分所受载荷和变形最大。
图3 云图
3、解决方法
在实际生产当中，程控阀的工作方式可按介质的流向分为流开型和流闭型两种，具体见图4、图5。
当使用流开型时，通过计算可得出：
式中：F为执行机构输出力;f1为介质对阀芯底部的压力;f2为介质对阀芯顶部的压力。
图4 流闭型
图5 流开型
可见：底部受压最大，在所做的软件分析当中，当顶部被约束时，就相当于流开型的情况，分析结果为底部受压过大，出现了几个节点的许用应力过大的情况，可以推出，使用流开型时，容易发生内漏。
当使用流闭型时，所做的ANSYS分析就相当于底部被约束的情况，从上文的分析可以知道，中间的部分受压最大，也就是填料函和活塞运动的部分，目前阀门用的柔性石墨不锈钢丝编制填料来说是没有任何问题，足够承受这样的压力。这样既保护了密封面和阀芯根部，同时也延长了阀门寿命。
4、结束语
利用三维建模软件和有限元分析软件来建立合理的模型，进行客观的分析。能够有效地解决生产中所遇到的问题，减轻工人的劳动强度，使生产效率得以提高。
