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加氢裂化高压控制阀啸叫振动改造方案

发布于:2015-11-07 09:57:00

  摘要:在高压控制阀应用中,一个典型的问题是在特定时出现高频啸叫和振动,这一现象的频繁发生会导致控制阀内件磨损、失效。分析了某炼化装置中出现这一现象的根源,并根据实测参数和阀门选型提出了综合性的解决方案,在改造实施后成功解决客户的问题,闭关延长了阀门的使用寿命。

  一、前言

  中石化某炼化厂的加氢裂化装置,出现问题的阀门位于四台并行连接的压缩机的出口处,阀门的出口作为旁路连接回压缩机上游的储气罐,介质为新氢,阀门的作用是控制压缩机的出口压力。正常情况下,该阀门关闭,当压缩机出口压力过高时,阀门打开,使氢气回流到压缩机上游的新氢储气罐中,起到压力调节的作用。

  阀门的原始信息如下表所示:

阀体形式和材料 阀体尺寸 2in Fiher HPAT角阀
压力等级 CLASS1500
材质 碳钢WCC
内件形式和材料 内件形式 Whisper III C3平衡式降噪阀笼
阀笼材料 17-4PH
阀芯材料 416SST
阀座材料 416SST
流量 流向 底进侧出
额定流量系数Cv 13.3
流量特性 线性
执行结构 弹簧膜片式正作用执行结构Fisher 657/46
行程 1.5"

  注释:1in=0.0254m下同。

  阀门在正常工况下的相关选型计算信息如下表所示:

参数 工况1 工况2
气体流量/(m3/h) 6700 13000
入口压力/kPa(g) 14700 14700
阀门压降/kPa 13000 13000
温度/℃ 118 118
计算流量系数Cv 1.258 2.440
阀门开度(%) 17 30
阀门噪声/dB 73 76

  二、问题分析与解决

  1、现场问题

  该高压控制角阀在系统开车正常工况1和工况2下,发现较大的振动。为了测试更多数据,改用手轮操作下进行诊断,逐渐增大和减小开度,发现在4%~20%开度区间的啸叫和高频横向振动最频繁。从现场测试的数据开看,实际工况与计算选型基本相符,出口和入口压力都大致恒定,流量只随开度变化。打开阀门后发现,阀芯靠近阀座一端有明显的磨痕,应为阀芯、阀笼在上下运动中频繁的横向振动导致的金属面咬合现象。

  2、原因分析

  阀门选型计算结果表明正常工况下噪声都低于常规要求的80dB,所以考虑是否由于偶尔性的小概率事件导致。以工况1为例,根据流量特性是线性,总行程1.5in,计算得到17%开度下实际行程为15in*17%=6.48mm。

  阀笼、阀芯和阀座处间隙流发生如下图所示情况。考虑到该工况压差大,开度小,因而流通面积小、流速高,同时因为是套筒式结构,阀芯和阀笼的间隙处也有介质流过,会产生较强的间隙流,对内部结构产生扰动。当流体扰动、固有频率等因素相互作用时,在特定条件下能量聚集,产生共振,会激发啸叫和高频的振动。

  3、解决方案和实施效果

  根据上面的分析,如果能避免间隙流的产生,现场出现的问题就会得到有效解决。解决方案如下:

  a、根据工艺参数,设计一个特征化的Whisper III降噪阀笼替代原先的线性降噪阀笼。新阀笼的额定流量系数有所减小,但是仍然会满足最大工况要求。同时为了正常工况下阀门开度尽可能大,改用等百分比流量特性。

  b、在阀芯上靠近阀座的一侧圆周上开槽,槽内附加一个金属环LMPR,该金属环起到一定的阻滞效果,减少了阀笼之间流过的介质,提高了稳定性,而且阀芯阀笼间隙量的减少也限制了两者的横向振动。经过计算,改进后阀内件的间隙流不到原来的1/3

  c、附加了LMPR的阀芯会增大阀芯上下运动的摩擦力,需要保证执行机构出力仍然满足要求,经过重新选型计算,更换了弹簧,改变了弹簧了预紧力,并将调节气源压力的过滤减压阀做相应调整,以保证获得更大的气源压力。

  在经过以上改造后,由于开度的增加以及流道的改善,阀门固有频率也发生了改变,该阀门没有再出现高频啸叫和振动。

  三、总结

  间隙流作为控制阀在小开度下工作的一种特有现象,由于压差、阀内件结构形式和流体扰动等偶然因素的共同作用,在小概率下可能会产生阀门选型中没有预计到的不利振动。一种可行的解决方案是更改阀内件设计,通过降低额定流量、该流量特性、减少阀芯阀笼间隙等手段,减少间隙流的发生。控制阀作为一种高度定制化的过程设备,其运行可靠性会受现场很多具体因素的影响。当出现了问题时,不应简单地归结为产品的选型、设计或者质量问题,供货方应该与客户紧密合作,结合实际工况进行个案分析,因地制宜地解决问题。

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