摘要：在高壓控制閥應(yīng)用中，一個(gè)典型的問(wèn)題是在特定時(shí)出現(xiàn)高頻嘯叫和振動(dòng)，這一現(xiàn)象的頻繁發(fā)生會(huì)導(dǎo)致控制閥內(nèi)件磨損、失效。分析了某煉化裝置中出現(xiàn)這 一現(xiàn)象的根源，并根據(jù)實(shí)測(cè)參數(shù)和閥門(mén)選型提出了綜合性的解決方案，在改造實(shí)施后成功解決客戶的問(wèn)題，閉關(guān)延長(zhǎng)了閥門(mén)的使用壽命。

  一、前言

  中石化某煉化廠的加氫裂化裝置，出現(xiàn)問(wèn)題的閥門(mén)位于四臺(tái)并行連接的壓縮機(jī)的出口處，閥門(mén)的出口作為旁路連接回壓縮機(jī)上游的儲(chǔ)氣罐，介質(zhì)為新氫，閥門(mén)的 作用是控制壓縮機(jī)的出口壓力。正常情況下，該閥門(mén)關(guān)閉，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力過(guò)高時(shí)，閥門(mén)打開(kāi)，使氫氣回流到壓縮機(jī)上游的新氫儲(chǔ)氣罐中，起到壓力調(diào)節(jié)的作用。

  閥門(mén)的原始信息如下表所示：

  注釋：1in=0.0254m下同。

  閥門(mén)在正常工況下的相關(guān)選型計(jì)算信息如下表所示：

  二、問(wèn)題分析與解決

  1、現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題

  該高壓控制角閥在系統(tǒng)開(kāi)車正常工況1和工況2下，較大的振動(dòng)。為了測(cè)試更多數(shù)據(jù)，改用手輪操作下進(jìn)行診斷，逐漸增大和減小開(kāi)度，在 4%~20%開(kāi)度區(qū)間的嘯叫和高頻橫向振動(dòng)最頻繁。從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的數(shù)據(jù)開(kāi)看，實(shí)際工況與計(jì)算選型基本相符，出口和入口壓力都大致恒定，流量只隨開(kāi)度變化。打 開(kāi)閥門(mén)后，閥芯靠近閥座一端有明顯的磨痕，應(yīng)為閥芯、閥籠在上下運(yùn)動(dòng)中頻繁的橫向振動(dòng)導(dǎo)致的金屬面咬合現(xiàn)象。

  2、原因分析

  閥門(mén)選型計(jì)算結(jié)果表明正常工況下噪聲都低于常規(guī)要求的80dB，所以考慮是否由于偶爾性的小概率事件導(dǎo)致。以工況1為例，根據(jù)流量特性是線性，總行程1.5in，計(jì)算得到17%開(kāi)度下實(shí)際行程為15in*17%=6.48mm。

  閥籠、閥芯和閥座處間隙流發(fā)生如下圖所示情況?？紤]到該工況壓差大，開(kāi)度小，因而流通面積小、流速高，同時(shí)因?yàn)槭翘淄彩浇Y(jié)構(gòu)，閥芯和閥籠的間隙處也有 介質(zhì)流過(guò)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的間隙流，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)。當(dāng)流體擾動(dòng)、固有頻率等因素相互作用時(shí)，在特定條件下能量聚集，產(chǎn)生共振，會(huì)激發(fā)嘯叫和高頻的振動(dòng)。

  3、解決方案和實(shí)施效果

  根據(jù)上面的分析，如果能避免間隙流的產(chǎn)生，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題就會(huì)得到有效解決。解決方案如下：

  a、根據(jù)工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)特征化的Whisper III降噪閥籠替代原先的線性降噪閥籠。新閥籠的額定流量系數(shù)有所減小，但是仍然會(huì)滿足{zd0}工況要求。同時(shí)為了正常工況下閥門(mén)開(kāi)度盡可能大，改用等百分比流量特性。

  b、在閥芯上靠近閥座的一側(cè)圓周上開(kāi)槽，槽內(nèi)附加一個(gè)金屬環(huán)LMPR，該金屬環(huán)起到一定的阻滯效果，減少了閥籠之間流過(guò)的介質(zhì)，提高了穩(wěn)定性，而且閥芯閥籠間隙量的減少也限制了兩者的橫向振動(dòng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，改進(jìn)后閥內(nèi)件的間隙流不到原來(lái)的¹/₃。

  c、附加了LMPR的閥芯會(huì)增大閥芯上下運(yùn)動(dòng)的摩擦力，需要保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)出力仍然滿足要求，經(jīng)過(guò)重新選型計(jì)算，更換了彈簧，改變了彈簧了預(yù)緊力，并將調(diào)節(jié)氣源壓力的過(guò)濾減壓閥做相應(yīng)調(diào)整，以保證獲得更大的氣源壓力。

  在經(jīng)過(guò)以上改造后，由于開(kāi)度的增加以及流道的改善，閥門(mén)固有頻率也發(fā)生了改變，該沒(méi)有再出現(xiàn)高頻嘯叫和振動(dòng)。

  三、總結(jié)

  間隙流作為控制閥在小開(kāi)度下工作的一種特有現(xiàn)象，由于壓差、閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)形式和流體擾動(dòng)等偶然因素的共同作用，在小概率下可能會(huì)產(chǎn)生閥門(mén)選型中沒(méi)有預(yù)計(jì) 到的不利振動(dòng)。一種可行的解決方案是更改閥內(nèi)件設(shè)計(jì)，通過(guò)降低額定流量、該敗流量特性、減少閥芯閥籠間隙等手段，減少間隙流的發(fā)生?？刂崎y作為一種高度定 制化的過(guò)程設(shè)備，其運(yùn)行可靠性會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)很多具體因素的影響。當(dāng)出現(xiàn)了問(wèn)題時(shí)，不應(yīng)簡(jiǎn)單地歸結(jié)為產(chǎn)品的選型、設(shè)計(jì)或者質(zhì)量問(wèn)題，供貨方應(yīng)該與客戶緊密合作， 結(jié)合實(shí)際工況進(jìn)行個(gè)案分析，因地制宜地解決問(wèn)題。