釜底阀在控制系统中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石化集团上海工程有限公司 作者:孙晖

1、前言

  釜底阀顾名思义,是安装在反应釜、储罐和其他容器的底部作排料用。因为自动化水平的日益提高,釜底阀也从原本手动控制发展到自动控制,其除了原有的切断功能外现在还可以进行调节控制,在关键的工艺场所还参与联锁控制。釜底阀现在化工、石油、冶金、制药、农药、染料、食品加工等行业广泛使用。本文旨在介绍釜底阀的结构特点、选型的参考、一些特殊的应用以及一些设计注意事项。

2、结构特点

  釜底阀是借助于阀门底部法兰(凸缘)焊接或法兰连接于反应釜或储罐和其它容器的底部,因此,消除工艺介质通常在容器出口的残留现象,实现排空、排净的功能。釜底阀是由阀体、阀芯、阀杆、阀座、密封圈、执行机构(电动、气动)等组成。其原理通过阀杆推动阀瓣上升或者下降,从而达到开启与关闭的目的。上展式罐底阀是阀杆上升,阀门开启;下展式罐底阀阀杆上升,阀门关闭。(正常情况下阀门都为关闭状态)。图1结构为示意图:

上展示和下展示结构示意图

图1 上展示和下展示结构示意图

3、品牌釜底阀的优势

  在某制药厂的设计中就遇到了需要使用釜底阀的情况。鉴于釜底阀的实际操作情况(经常开启、关闭)以及工艺方面的要求,我们选择了Flowserve和GUICHON公司的釜底阀门以保证出料阀门的安全性、可靠性。上述釜底阀的优势具体表现为:

  (1)其密封形式可以有软密封和硬密封。根据需要时封面均可堆焊有硬质合金,硬度可达到HRC44。其金属硬密封(锥形密封面)可以保证密封等级达到Ⅵ。

  (2)其结构形式实现了无死角运行、全通径、低压降。

  (3)采用螺栓加蝶簧结构,可以自动调整来实现填料始终被压紧。

  (4)阀杆只升降不旋转,减少了填料的损耗。

  (5)阀座可以选择可更换型,更换更方便。

  (6)抛光的阀芯表面保证了无滞留区。

  (7)阀门采用了防火安全的设计。

  (8)如果安装空间不够,执行机构可安装在侧面。

  (9)其它可选功能如下:

  1)阀芯带综合温度传感器,在下文中有实际应用。

  2)波纹管密封阀杆,应用波纹管是为了阀杆与阀体内的工艺流体之间提供一个可轴向变形的金属隔套、形成动密封,以消除阀杆处的泄露。

  3)阀体带清洗或排放喷嘴,可以对阀门进行清洗、排堵,增加了阀门的可靠性。

  4)保温夹套,可以根据工艺要求保护阀内介质不会在常温下凝固或结晶。

  5)用于真空工况。现在随着釜底阀的应用越来越多,釜底阀的价格也随之降低很多。在阀门性能、可靠性和诸多可选的功能方面,这些品牌产品还是有较大的优势。

4、釜底阀选型参考

  以法国GUICHON阀门为例,介绍一下釜底阀的选型参考。首先,根据阀芯的形式主要可分为碟盘式和柱塞式两种(见图2、图3)。

釜底阀在控制系统中的应用

图2 碟盘式釜底阀示意图   图3 柱塞式釜底阀示意图

  (1)图2为碟盘式釜底阀,它可分为上展式和下展式两种。一般可选用上展式,但必须注意上展式需要阀芯向釜内伸长一小段,当釜底结构无法满足上展式这个要求时则选用下展式,让阀芯向阀内动作,当然这样会使阀门体积更大。

  (2)图3为柱塞式釜底阀,只有下展式一种。与碟盘式釜底阀相比较,它的下料更通畅,压降更小,阀杆更大更结实,不过行程较长。价格上来说柱塞式的阀门相同口径下一般要比碟盘式的高出3成左右。

  釜底阀的出口角度可选择45°、60°、90°,这可根据工艺的要求选择。执行机构可以选择电动和气动的,材质上除了不锈钢外还有特殊的材料产品,如钛、锆、哈氏合金等。产品范围包括了尺寸1/2”到8”、压力等级从ANSI150到ANSI2500。

5、特殊应用

  5.1、釜底阀带温度测量

  当生产上需要测量反应釜底物料的温度,而反应釜底有盘管无法安装温度计,这时我们就选用了带温度测量的釜底阀,具体的结构形式见图4。温度计就安装在阀芯处,能有效地测量釜底物料的温度,这样就很好地满足了工艺的测量要求。

釜底阀在控制系统中的应用

图4 带Pt100的釜底阀结构示意图

  5.2、釜底阀带调节功能

  在某项目中有这样的工艺状况,某反应器底部物料排放至后端的离心机,这里需要釜底阀对物料的排放有所调节,放缓物料的排放速度。工艺上对调节要求并不是很高,所以,当时我们配置了定位器加两个电磁阀来满足调节要求。釜底阀的功能调节见图5:

釜底阀在控制系统中的应用

图5 带定位器的釜底阀结构示意图

  电磁阀1的作用是控制对釜底阀供气排气控制阀门开关,电磁阀2的作用是选择定位器调节阀门还是让电磁阀1来控制开关。

  (1)电磁阀1得电,打开进气;电磁阀2得电,选择电磁阀1控制阀门;气路如图5符号①所示,釜底阀得气打开。此时定位器不作用,设置为4mA确保状态切换时阀门保持关断状态。

  (2)电磁阀1失电,釜底阀向外排气;电磁阀2得电,选择电磁阀1控制阀门;气路如图5符号②所示,釜底阀失气关闭。此时定位器不作用,设置为4mA确保状态切换时阀门保持关断状态。

  (3)电磁阀2失电,选择定位器来调节阀门;阀门定位器得4mA~20mA信号来控制阀门;气路如图5符号③所示,釜底阀进行调节控制;此时电磁阀1失电向外排气,确保状态切换时阀门保持关断状态。

  这种方法调节性能并不是太好主要因为是只选用了一般结构的釜底阀,它的结构形式并不具备调节特性而只是靠定位器做了简单的调节,这也是考虑到工艺上调节要求并不是很高。确实釜底阀主要作为放料卸料用,普遍的还是用于开关阀的作用。釜底阀厂家介绍了有一种专门型号的釜底阀用于调节作用,这种调节性的釜底阀现用于PTA的项目中。这种特殊阀门的价格非常昂贵加之需要调节卸料的场合很少所以这种阀门现在使用的比较少。

6、注意事项

  釜底阀作为一种结构特殊的阀门在安装方面需要特别的注意:

  (1)釜底阀的开口尺寸大小、压力等级以及所用的标准都需与设备上的法兰一致。

  (2)釜底阀的阀芯表面需与釜底面相平。

  (3)如选用上展式阀门需确保釜底有足够空间满足阀芯行程范围。

  (4)反应釜材质为搪玻璃。鉴于搪玻璃材质的特殊性,安装釜底阀时容易使搪玻璃表面损伤,所以,采取让设备制造厂商统一集成釜底阀的措施,来减少安装上可能带来的麻烦,而釜底阀的性能由设计来确定。

7、体会

  在釜底阀的选用过程中我觉得仪表设计工作除了关注仪表的适用条件、仪表性能外,必须对仪表的安装十分注意,只有正确合理的安装才能保证仪表的精确使用。特别是一些特殊的仪表它的安装要求也会比较高,也需要保证操作过程中它的可靠性,这时,需要仪表设计人员和其他专业以及仪表厂商紧密配合,提供一整套合理的安装方案才能使设计更加的合理。

  釜底阀今后在控制系统中的应用会越来越多。在了解它的结构特点,一些安装要求后能更好的选用釜底阀来满足设计和安全上的要求。

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