PTA装置中贴壁角型控制阀的设计和应用
PTA装置中贴壁角型控制阀的设计和应用 |
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近几年来精对苯二甲酸（PTA）产业在国内得到迅猛发展，尤其是国内的民营企业进入该产业后，不仅将PTA的整体产能推高，而且使得单套装置的生产能力迅速突破百万吨级，甚至达到2Mt/a以上。单套装置生产能力的增加需要更大尺寸的管道和更大容积的设备，而在过程控制方面也就需要更大尺寸的控制阀。在PTA生产装置中，主工艺介质自氧化反应器开始就多以浆料的形态存在于流程当中。因浆料本身的黏稠和易结晶特性，用于浆料控制的阀门多采用一种特殊结构的角阀———贴壁角阀。在PTA生产工艺中使用高腐蚀性的醋酸作为溶剂，并且在一些工段操作温度较高，普通不锈钢材质的阀门已经不能满足过程控制的需求，需要采用一些特殊的材料来加工阀体和阀门内件，比如钛材、哈氏合金、双相钢及317L奥氏体不锈钢等。特殊的结构，较大的尺寸和特殊的材质使得贴壁角阀成为PTA装置仪控设计的重点之一，贴壁角阀设计选用的好坏往往会影响整套装置的试车工期。 1 贴壁角阀的分类和结构特点 1.1 分类 贴壁角阀按安装位置，可分为罐壁安装角阀和管道壁安装角阀两类，其中安装在罐壁上的又可分为侧壁安装和罐底安装，不同的安装位置对应的角阀的功能也不同。贴壁角阀按功能，可分为泄料阀、冲洗阀（部分阀门具有泄料和冲洗两种功能）及液位控制阀。泄料阀、冲洗阀一般安装在设备或管道的底部，而液位控制阀多安装在设备的侧壁。 1.2 结构特点 贴壁角阀的阀座位于同设备或主管连接的一侧，阀座外露。普通角阀和直通阀在安装时基本都是阀门法兰和管道法兰进行面对面的连接，而贴壁角阀和设备或主管道一侧的连接采用的是侵入式连接，即在设备或主管道上配置一个凸缘法兰（也称为鞍座），贴壁角阀的阀座插入凸缘法兰内，并且同设备或主管道的内壁齐平，以保证阀门和设备连接处无多余空间，不留浆料积存的死角。同支管一侧的连接采用法兰和法兰之间的连接，但支管要斜向下，以使内部物料可在重力作用下排出。贴壁角阀在很多场合被称作“Y”型角阀，有135°角阀，指阀体接管部分的中心线和设备罐壁或管壁部分的中心线夹角，也有人称其为45°角阀，指阀体接管部分的中心线同阀杆中心线间的夹角。有些装置选用的角阀是120°角（或者60°角），其阀体形似一个135°（或120°）的弯头，其转弯处平滑无任何死角，可以确保浆料顺畅流通。 2 贴壁角阀的设计要点 2.1 阀门的选材 在PTA装置的氧化单元物料中含有醋酸和少量氢溴酸，若温度不高（小于100℃），阀体和阀内件材质可选用316L不锈钢，阀芯表面用司太莱堆焊硬化处理。对于中等温度的物料（100～135℃），阀体和阀内件材质可选用317L不锈钢、双相钢或哈氏C合金，阀芯表面也要硬化处理。对于较高温度的物料（135℃以上），阀体和阀内件材质要选用钛材（含微量杂质的Ti2或Ti3），阀杆因硬度的关系则选用钛合金Ti5，钛材阀内件需硬化处理时推荐采用阳极氧化处理法，不推荐渗氮法加硬处理方法，渗氮后的钛材会降低耐腐蚀性。在精制单元，除了加氢反应部分，其他工段物料中所含醋酸已经很少，阀体材质可选用304L不锈钢，阀内件材质选用316L不锈钢，阀芯表面用司太莱堆焊硬化处理。 2.2 阀芯的类型和阀门的作用形式 安装在罐体外壁上用于调节的贴壁角阀，阀芯近似于倒锥形，锥面曲线依据阀门的固有流量特性设计；而用于开关的贴壁角阀，阀芯近似于碟片。为了防止浆料阻塞阀门，安装在罐体外壁上的角阀一般选用反作用形式，阀芯伸向罐内阀门打开，该设计还可以减少阀门的行程，缩小执行机构的体积，节省安装空间，降低成本。但另一方面存储浆料的设备都带有搅拌器，旋转流动的浆料会冲刷伸到设备内的阀芯，减少阀芯的使用寿命。安装在管道外壁上小尺寸的贴壁角阀无论是用于调节还是开关，阀芯一般都选用柱塞式，依照所需流量特性，柱塞顶端加工成相应的曲面，开关阀的阀芯则是圆柱形的柱塞，顶端加工成同主管内壁等半径的弧度，尺寸较大的则与安装在设备上的贴壁角阀相似。安装在管道外壁上的贴壁角阀一般选用正作用形式，阀芯向阀的腔体内回缩阀门打开。这主要是管道内浆料的流速更快，若阀芯伸到主管内，所受的冲刷会更厉害；另一方面，阀芯伸到主管内，会减小主管的流通面积，降低主管的流通能力。 |