本文分析了超大型空分设备在工艺设计上的特殊性，介绍了阀门选型上不同于常规空分设备的一些设计改变，论述了充分考虑空分设备**性前提下**合理选择阀门，既为空分设备提供了可靠的技术保证，又可以降低建造成本。
关键字：阀门 超大型空分设备 选型
1 概述
超大型空分设备由空气压缩系统、大型空气预冷系统、特大型分子筛纯化系统、空气增压系统、增压透平膨胀机系统以及特大型精馏系统和换热系统等组成。由于配套的单元设备尺寸大，制造工艺要求高，其配套阀门选型尤为重要，其直接关系到生产**、系统调节性能、产量质量和投资费用。
2 选型
超大型（12万m3/h）空分设备工艺流程复杂（图1），其所用阀门不是简单复制扩大常规空分设备用阀门，因此在设计选型方面需要**整体考虑，才能使空分装置操作方便、控制容易，能够长期**稳定地运行。
（1）预冷系统
空分设备上的预冷系统控制空冷塔液位的阀门（LV500401）通常选用套筒单座调节阀（图2），该阀可以避免循环水杂质堵塞，流体压力平衡式阀芯结构具有大容量、动态稳定性优良的特点，是适合苛刻工作条件的高性能调节阀，不会因流体对阀杆作用力不均衡而损坏阀杆。调节阀有等百分比和线性流量特性，能够很好满足液位调节的要求。常规及大型空分设备一般选用≤DN300的调节阀实现控制要求。但是超大型空分设备工艺参数计算的CV值太大，需要选用DN450套筒单座阀，其造价过高。考虑空冷塔容积较大，液位变化较缓并且滞后，对调节性能要求较低，改用DN400高性能蝶阀替代套筒单座阀，满足了液位调节的要求。
（2）分子筛系统
分子筛系统的切换阀选用三杆阀（图3，ORBI-NOX），尺寸分别为DN1600和DN1400，阀门阻力小于1kPa，利于空分设备节能。分子筛吸附器处理空气量约61万m3/h，如果发生冲床事故，处理分子筛填料会非常麻烦，对生产带来严重后果。阀门*大开启压差设置为15kPa，如果阀门前后压差超过设定值，将不能开启，有效防止了冲床事故的发生。
分子筛系统均压阀（HV500607）采用直通全径固定球球阀。根据计算的阀门CV值分析，需要选用DN300的球阀。由于大口径球阀在小开度时介质流量较大流速过快，对床层冲击力较大，而且成本高，改用口径分别为DN200和DN150的球阀，这种配置降低了气体对分子筛床层的冲击力，并且均压时间可以控制在合理范围内。分子筛加热器选用蒸汽加热器，污氮气经过加热器加热后温度*高达到250℃，故而球体双向密封环选用耐250℃的高温碳纤维强化聚四氟乙烯。
分子筛系统冷吹阀（HV500617）选用带智能定位器的DN1000蝶阀（图4），阀门设计为开关特性，带机械调节螺钉，阀门在40°～90°范围*大开度可调。因为分子筛加热阶段，污氮气经过加热器加热。由于加热管路较长，并且分子筛吸附器的水分析出，因此加热时管路阻力较大，精馏塔上塔压力较高。加热阶段结束，进入冷吹阶段，污氮气不经过加热器管路直接进分子筛吸附器，因此管路阻力显著减小，由于阻力变小，导致精馏塔上塔压力显著变小，精馏塔工况发生剧烈波动。为保证空分工况稳定，冷吹阀门需要加上机械调节螺钉，限制开度，将加热和冷吹阶段管路阻力调节到尽量平衡状态。对于超大型空分设备，由于加热器为4台蒸汽加热器，设备较多，所以冷吹阀不再应用开关阀，取消机械定位销，而使用智能定位器替代定位销，保证加热阶段转换到冷吹阶段时，阀门根据空分工况变化自动开到一定开度，保持上塔阻力稳定，从而使精馏塔工况不会发生较**动。
（3）精馏塔系统
空分设备精馏塔下塔液氮回流阀（HV501511A/B）通常由蝶阀组成，控制下塔的回流比。由于蝶阀为近似等百分比特性，调节线性度差，而超大空分设备的精馏塔下塔容器较大，在回流量特别大情况下，下塔精馏工况依靠蝶阀较难稳定，所以选用蝶阀和调节阀。利用调节阀优良的线性调节性能，能够使下塔较快达到工况所需的回流比，建立精馏工况。液氮分成两路回流，选用蝶阀（277DB200）和低温角阀（363CJ200）。低温角式单座调节阀（图5）比蝶阀调节性能好，对下塔工况调节比蝶阀稳定。
（4）氧气输送系统
出冷箱氧气产品分两路从氧气管网送出，氧气阀门（HV501201和HV501202）的选取关键在于氧气流速的限制和阀门材质的选取，指出，管道中氧气的*高允许流速，根据管道材质和工作压力，不应超过规定，3.0MPa＜p≤10.0MPa。不锈钢材质，适用于p×υ≤15MPa?m/s撞击场合或p×υ≤80MPa?m/s非撞击场合。*高允许流速v是指管系*低工作压力与*高工作温度时的实际流速，铜及铜合金（含铝铜合金除外）和镍及镍铜合金，在小于或等于21.0MPa条件下，流速在压力降允许时没有限制。当0.6MPa＜p≤10.0MPa，阀门材质选用不锈钢，铜合金或者不锈钢与铜合金的组合，镍和镍合金。阀门可以视为节流的管道元件，按照这个规定选择阀门材质。阀门通常选用蒙乃尔合金，其纯氧下燃点450℃以上，具有阻燃防爆特点。蒙乃尔合金是镍基耐蚀合金中的镍铜系合金，典型成分是70%Ni和30%Cu，既具有较高的强度和韧度，又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能。
氧气输送阀的阀前压力4.69MPa，考虑到氧气输送到管网的**性，选用DN300气动薄膜套筒调节阀。阀门前后压差0.02MPa，阀体选用不锈钢，阀芯、阀座和套筒材质选用蒙乃尔合金。送出阀旁通阀选用DN40气动薄膜套筒调节阀，计算流速≥15m/s，故阀体以及阀内件全部选用蒙乃尔合金。气动薄膜套筒调节阀使用流体压力平衡阀芯，阀芯有2个小孔，使阀芯上下腔流体压力平衡，阀杆受力均匀，调节快速稳定，防止阀杆在高压下被顶开或受损，避免了调节时产生振动。
氧气放空阀（PV501203）前后压差3.59MPa，氧气流速快，阀体以及阀内件选用蒙乃尔合金，阀后设置铜合金阻火器。
（5）循环系统
超大型空分设备为内压缩流程，3台循环液氧泵。液氧泵回流阀（PV501603A/B/C）阀前压力0.74MPa，阀门前后压差0.55MPa，选用低温角式调节阀，阀内件是V形单座形式。由于液体回流阀前后压差大，易产生闪蒸和气蚀，因而阀芯材料为司太莱合金，阀座材料为不锈钢整体堆焊钴基硬质合金。V－PORT阀芯能够对流入液体起到分流作用，因此耐高压差，降低气蚀对阀芯的损坏。
给液氧产品加压到管网压力要求值，需要高压液氧泵，其回流阀（PV501403A/B/C）阀前压力4.77MPa（A），阀门前后压差4.29MPa。选用多级降压式套筒导向型调节阀，流体压力平衡型阀芯，阀芯、阀座和多级套筒均选用蒙乃尔合金，控制流经阀内件的流体速度，大幅降低噪声，有效防止液体产生的气蚀现象。
循环液氧泵进口阀（UV501601A/B/C）选用低温三偏心蝶阀，阀门前后压差0.002MPa。进口为铝法兰，出口为不锈钢法兰，能够实现快速关断功能，保证紧急状况下液氧泵和空分设备的**。高压液氧泵进口阀（UV501401A/B/C）也选用低温三偏心蝶阀。
高压空气节流阀（HV501015A）阀前压力7.15MPa，阀门前后压差6.55MPa。选用低温角式多级降压调节阀（776CJ150Ma），阀芯采��多级带孔套筒形式，迷宫结构，流体介质通过迷宫套筒，降低流速，有效降低流体产生闪蒸和气蚀现象的发生。阀芯不锈钢部分堆焊硬质合金，阀座整体堆焊硬质合金，阀芯外环绕一圈防尘不锈钢罩，可以有效防止杂质堵塞阀芯。
3结语
超大型空分设备配套阀门的设计选型在保证**的前提下，应同时考虑工艺流程调节稳定性，配套成本和能源消耗等因素，在应用实践中再进一步检验阀门的使用效能。
文章链接：http://www.klevalve.com/hyxw/1616.htm