青海云天化國(guó)際化肥有限公司轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置自開車以來，渣酸調(diào)節(jié)閥存在兩個(gè)問題：第一，長(zhǎng)期小開度運(yùn)行，閥門開度在5%左右，導(dǎo)致很難控制，無法投自動(dòng)；第二，閥門襯套沖刷損壞，閥芯腐蝕，導(dǎo)致內(nèi)漏，甚至閥芯碎裂、卡死導(dǎo)致停車。
前后使用過FLOWSERVE旋塞閥、YADI旋塞閥、SZZ陶瓷閥以及FLYGER球閥，均無法滿足長(zhǎng)周期運(yùn)行的工藝要求，具體情況見表1。
表1 閥門使用情況表
2019年3月27日使用AZ籠套型旋塞閥，在運(yùn)行中周期檢查，跟蹤運(yùn)行情況，并無異常；2020年裝置度大修，解體檢查發(fā)現(xiàn)籠套有腐蝕情況，但不影響工藝指標(biāo)的控制。2020年5月9日更換新備件。AZ籠套型旋塞閥在線運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)13個(gè)月，可以保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。
對(duì)閥門常在小開度運(yùn)行原因分析
通過查詢?cè)O(shè)計(jì)資料發(fā)現(xiàn)，原設(shè)計(jì)的閥門流量為7.5~30m3/h；而工藝技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)在裝置運(yùn)行情況給出的工藝流量為3.5~18m3/h，見表2；所以原設(shè)計(jì)閥門的流通能力偏大，要根據(jù)實(shí)際工藝參數(shù)計(jì)算閥門的流通能力Cv值，選擇相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥。
表2 工藝參數(shù)表
調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)期小開度運(yùn)行，也導(dǎo)致閥門進(jìn)口和出口閥座襯套長(zhǎng)期沖蝕，襯套損壞，出現(xiàn)內(nèi)漏，閥門的調(diào)節(jié)性能更低，導(dǎo)致控制渣酸流量更難。
1、計(jì)算調(diào)節(jié)閥流通能力系數(shù)Cv值
由工藝提供渣酸流量調(diào)節(jié)閥FV-04601工藝參數(shù)由表2得知：
調(diào)節(jié)閥閥前壓力：P1=0.8MPa
調(diào)節(jié)閥閥后壓力：P2=0.45MPa
調(diào)節(jié)閥最大流量：Q=18m3/h
溫度選擇：T=60℃
渣酸比重：Gf=1.45
①首先判斷是否為阻塞流。
判別式：FL2(P1-FF×Pv)
籠套型旋塞閥與V型球閥相近，查表：FL=0.57
渣酸溶液以水估算，查表：60℃的飽和蒸氣壓：Pv=0.02
查臨界壓力表：FF=0.95
故FL2(P1-FF×Pv)=0.572×(800-0.95×0.02)=260kPa
因?yàn)棣=P1-P2=0.8-0.45=0.35MPa=350kPa
及ΔP＞FL2(P1-FFPv)，所以產(chǎn)生阻塞流。
②流量系數(shù)的計(jì)算
根據(jù)計(jì)算Cv，從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于計(jì)算Cv值，并最接近一級(jí)的閥門。選擇Cv值為31的旋塞閥，進(jìn)行模擬驗(yàn)算開度和流量，能滿足工藝操作要求，見表3(數(shù)據(jù)來自AZ廠家Cv值驗(yàn)算出廠報(bào)告)。根據(jù)《自動(dòng)儀表選型規(guī)定》(HG20507-1992)，等百分比特性閥門，最大開度≤90%，最小開度≤30%，閥門選擇符合規(guī)定。
表3 模擬驗(yàn)算開度、Cv值和流量表
表4 原設(shè)計(jì)閥門和現(xiàn)使用閥門比較表
在實(shí)際運(yùn)行過程中，也得到了驗(yàn)證：例如2021年3月11日，生產(chǎn)硫銨產(chǎn)品時(shí)，流量11m3/h，閥門開度65%；其他配方的產(chǎn)品生產(chǎn)，F(xiàn)V-04601運(yùn)行也很穩(wěn)定。原設(shè)計(jì)旋塞閥Cv值172，流通能力超出實(shí)際所需值5倍多，平時(shí)開度在5%~10%，可調(diào)區(qū)間太小，又內(nèi)漏基本無調(diào)節(jié)功能，全靠手動(dòng)閥控制工藝指標(biāo)。閥門Cv值選擇太大，也是導(dǎo)致閥門長(zhǎng)期小開度運(yùn)行和無法準(zhǔn)確控制的根本原因。
2、旋塞閥門內(nèi)漏的分析
內(nèi)漏主要出現(xiàn)在FLOWSERVE的旋塞閥和YADI的旋塞閥，解體檢查，都是閥門小開度時(shí)，PTFE襯套接液部分損壞，閥芯表面有白色晶體，很難去除。分析有兩個(gè)原因：第一，在小開度時(shí)，介質(zhì)流速最高，根據(jù)介質(zhì)成分表，含固量在5%~20%，當(dāng)介質(zhì)高流速或壓力損失和含固體介質(zhì)流過PTFE襯套時(shí)，對(duì)其造成沖刷，磨損最嚴(yán)重；長(zhǎng)時(shí)間在小開度運(yùn)行，造成襯套損壞，也導(dǎo)致內(nèi)漏增大；第二，工藝水以渣場(chǎng)回水為主，會(huì)有氟硅酸鹽產(chǎn)生，如氟硅酸鉀和氟硅酸鈉性質(zhì)，均為白色微不溶結(jié)晶，幾乎不溶于冷水，在熱水中水解成氟化鉀、氟化氫及硅酸，其水溶液呈酸性，微量結(jié)晶體吸附于閥芯，增大閥芯的表面粗糙度，長(zhǎng)時(shí)間開關(guān)調(diào)節(jié)，會(huì)對(duì)襯套有磨損。
3、球閥卡死的原因分析
陶瓷閥在使用過程中，隨運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)，閥門會(huì)出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，閥芯和閥座表面有白色結(jié)晶，一個(gè)月左右會(huì)出現(xiàn)閥座、閥芯碎裂的現(xiàn)象，如圖1所示。
圖1 陶瓷球閥閥內(nèi)件碎裂
原因分析：第一，由介質(zhì)成分表看，介質(zhì)含有硅酸鹽，會(huì)隨時(shí)間有微量吸附閥內(nèi)件，增大了閥芯和閥座之間摩擦阻力，開關(guān)力矩變大，當(dāng)超過陶瓷閥內(nèi)件的可承受扭力時(shí)，造成閥內(nèi)件碎裂；第二，在開車過程中，根據(jù)管式反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)，使用中壓蒸汽不定期吹掃管道，壓力在0.8MPa左右，溫度在170℃左右，冷熱介質(zhì)交替，陶瓷和閥體受熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致陶瓷加劇疲勞；第三，介質(zhì)比較臟，有編織袋，微小顆粒等異物，進(jìn)入閥體腔室，卡在閥芯和閥座之間，開關(guān)力矩增大；第四，介質(zhì)由于有氟離子，氫氟酸，會(huì)對(duì)陶瓷有腐蝕性也加速了閥內(nèi)件的損壞。
4、閥內(nèi)件腐蝕原因分析
以磷酸為主要原料生產(chǎn)復(fù)合肥時(shí)，渣酸介質(zhì)復(fù)雜，以渣場(chǎng)回水作為尾洗工序的洗滌液，在預(yù)洗槽加入硫酸，在管反槽加入磷酸，配比25%~30%；從介質(zhì)成分表中看出還有F-、K+、Na+、CL-以及SO42-等離子，對(duì)金屬腐蝕很厲害，管道材質(zhì)為904L，F(xiàn)LOWSERVE的旋塞閥、YADI的旋塞閥、AZ旋塞閥的閥體和閥內(nèi)件材質(zhì)都是CD4MCu，屬于雙相不銹鋼，耐磷酸腐蝕優(yōu)于904L。2020年4月份調(diào)整生產(chǎn)工藝為半料漿生產(chǎn)法，調(diào)節(jié)閥FV-04601主要介質(zhì)調(diào)整為MAP溶液，AZ旋塞閥運(yùn)行15個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)籠套有比較嚴(yán)重的全面腐蝕。僅渣場(chǎng)回水中磷酸的含量＜1%，但是硫酸的量有所增加(0.5~1.0m3/h)，因?yàn)?04L可以解決硫酸、磷酸的全面腐蝕問題，又可以解決氯化物點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕問題，在半料漿生產(chǎn)生產(chǎn)工藝中，閥內(nèi)件選904L會(huì)更耐腐蝕，這需要在今后的使用中去驗(yàn)證。
5、渣酸調(diào)節(jié)閥選型方面的思考
①調(diào)節(jié)閥選型Cv值計(jì)算要準(zhǔn)確
選型首先要根據(jù)實(shí)際工藝參數(shù)來計(jì)算調(diào)節(jié)閥Cv值，進(jìn)行選型，避免小開度運(yùn)行。Cv值計(jì)算是否準(zhǔn)確，主要決定于產(chǎn)品部工藝參數(shù)提供得是否準(zhǔn)確，必須重視。
②調(diào)節(jié)閥類型選擇要適合實(shí)際生產(chǎn)的工藝
渣酸介質(zhì)中有產(chǎn)生結(jié)晶的因子，而且介質(zhì)中有編織袋碎屑、微小顆粒等異物，所以不能選擇球閥。籠式旋塞閥比較合適，第一因?yàn)殚y芯少量結(jié)晶，不會(huì)導(dǎo)致與PTFE閥座卡死，PTFE比金屬軟，又有自潤(rùn)性能和抗變形能力；在PTFE中添加一定比例的玻璃纖維，襯套的抗沖擊強(qiáng)度和耐磨損度提高30%，可以在220~250℃長(zhǎng)期使用。第二流體經(jīng)過籠式旋塞閥時(shí)，只有內(nèi)閥芯(籠套)被沖刷，很好地保護(hù)了襯套的沖蝕，避免出現(xiàn)內(nèi)漏，可以長(zhǎng)周期使用。如果腐蝕而損壞，也不影響調(diào)節(jié)閥的正常工作。第三籠式旋塞閥的流道雖有縮頸，但全開時(shí)閥芯對(duì)介質(zhì)流通無任何阻擋，與O型球閥相似，介質(zhì)有雜物，也不會(huì)堵塞閥芯。且流路簡(jiǎn)單，流阻很小，具有高壓力恢復(fù)能力。
根據(jù)閥門運(yùn)行情況和生產(chǎn)工藝嘗試新材料半料漿生產(chǎn)工藝中，對(duì)于閥芯的腐蝕，可以嘗試904L材質(zhì)的閥內(nèi)件；也可以嘗試閥內(nèi)件噴涂特種陶瓷，提高抗沖蝕強(qiáng)度和耐腐蝕能力。
5、小結(jié)
轉(zhuǎn)鼓復(fù)合肥裝置渣酸調(diào)節(jié)閥FV-04601選籠式旋塞閥，適合本裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行；對(duì)于閥內(nèi)件的腐蝕，要繼續(xù)收集工藝數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，并嘗試新材料。
作者：祁維軍和胡彥文(兩位作者現(xiàn)供職于青海云天化國(guó)際化肥有限公司)
