換熱器裝置用控制閥的設計與使用說明

開發(fā)控制閥是閥門企業(yè)發(fā)展的需要。隨著國150度。關鍵詞三通閥；控制閥；換熱器裝置本文介紹控制閥(三通閥)的設計研制的過程，其主要特點如下：年平均氣溫15.6℃最冷月(1月)平均氣溫3.6℃最熱月(7-8月)平均氣溫27.4℃最熱月平均最高氣溫30.9℃最冷月平均最低氣溫0.4℃極端最低氣溫37.9℃(1978年7月)極端最高氣溫-10.1℃(1977年1月)1100.7毫米1547.7毫米738.1毫米日最大降水量144.8毫米1小時最大降水量55.9毫米(5年重現(xiàn)期)30分鐘最大降水量41.6毫米(5年重現(xiàn)期)全年平均雷暴日數(shù)26.9天1.1.2標準規(guī)范表面特性(表面粗糙度、波紋度與加工紋理):ASMEB46.10第2章產品設計三通控制閥工況型式：三通控制閥使用裝置：石油化工裝置使用位置：換熱器、重沸器使用介質：水、油、蒸汽公稱尺寸(范圍):DN100~DN400管道材質(典型):碳鋼壓力等級(范圍):≤CL600設計溫度(范圍):100~400℃設計壓力(范圍):≤CL600技術要點執(zhí)行機構：氣動執(zhí)行機構的計算方法業(yè)績要求具有3年以上同類閥門的使用業(yè)績參考因素結構形式：(合流式、分流式)制造標準：ASMEB16.34從上表可以看出，該研發(fā)任務為氣動薄膜(或活塞)三通合流(分流)控制閥，用于載熱體為熱油或蒸汽的換熱器、重沸器。2.2國內外生產現(xiàn)狀及趨勢分成二股流體流出閥門(三通分流控制閥),或將二股流體流經閥門后合成一股流體如圖1和圖2。載熱體載熱體B載熱體CAB合流閥用于載熱體出口控制(如圖2所示),當熱交換器出口溫度過低時，參與速下降。該方案由于二股流體處于不同溫度，一股為載熱體(溫度較高),另一股經熱交換器后(溫度較低),存在溫度差，溫度應力較大，不得超過150℃。G2載熱體工藝介質工藝介質G2.2.3三通控制閥種類及結構三通分流閥有2種結構形式，一為利用老式雙座閥結構(如圖4)該閥特點是2b)三通合流控制閥制閥加一直通下閥蓋組成(圖6),二股流體分別從A、B流入閥體，混合后成一股流體從C流出。CCA一三通合流閥的另一種形式如圖7所示。該圖實質上是將圖5中A、C對調而已。從2種不同形式的三通分流及合流控制閥流路設計來分析，圖4優(yōu)于圖5,圖6優(yōu)于圖7。圖4形式的三通分流閥，流體從A流入后分別經上閥座或下閥座流向C通道或B通道。而圖5形式的三通分流閥，流體從A流入后，經套筒窗口流進而后再由B經閥混合后由C成一股流出。而圖7流體從A流入壓圈窗口后再由套筒窗口流出，2.2.4發(fā)展趨勢隨著石油化工裝置向大型化，高壓化發(fā)展，對氣動薄膜(活塞式)三通分(合)公稱通徑**額定Kv值行程(mm)三通分流三通合流公稱壓力PN系列：1.6、2.5、40、6.3流量特性直線使用溫度泄漏等級3.1研制內容與技術關鍵3.1.1閥體壁厚設計計算三通控制閥需將壓力等級由4.OMPa、6.3MPa提至10MPa或Class600Lb,口徑由300mm擴大至400mm,故作此計算；計算公式：式中P—取公稱壓力(MPa)Dn—中腔內腔(mm)[o]一許用應力取100MPaC—附加裕量mmSB’C注：表中SB為計算值加上鑄造因素及腐蝕余量參照GB26640-2011閥門閥體最小壁厚要求規(guī)范修正確定。3.1.2大口徑閥額定流量系數(shù)測定裝置目前大口徑閥額定流量系數(shù)測定，特別DN≥300mm,可以說是較難解決的，因為既然是研制不可一蹴而就，必須選定一個測試設備。4.1研制方案及組織型式4.1.2組織型式公司組織一個試制攻關小組，由公司級領導1人，中層領導1人，以上兩人負責主抓和協(xié)調，技術部1人，主攻產品設計，采購部門1人，負責所需器材采購，車間4.1.3計劃進度安排起始年月進度安排2018.10~2018.12調研(含資料、現(xiàn)場)及現(xiàn)有產品使用中存在問題2019.1~2019.5方案認證、典型規(guī)格設計與制造流量測試設備方案認證并制造2019.10~2019.12額定流量測試、修改并送交現(xiàn)場試用2020.1~2020.12系列產品設計與制造、圖紙文件完善、產品鑒定，進入批產5.1技術要點解決措施及方法因口徑較大(400mm)壓力較高，加工時用精密立車加工，嚴格按圖紙要求，特別是閥體內2個安裝閥座處(圖4)導向及螺紋部分應保證同軸度要求，圖6應裝上連接管后與閥體在同一次裝夾后，閥體上與連接管上2個安裝閥座處的導向及螺紋部分一次加工，以保證同軸度要求。另外在閥座、閥芯密封面處進行堆焊司太立合金，提高材料硬度，研磨后達到ANSIIV泄漏等級要求。三通(分、合流)調節(jié)閥的Kv計算，依用戶提供的工藝參數(shù)及制造廠提供產品Kv值為基礎實質上無論是分流和合流都是指一路關閉后，另一路全開時的Kv值。如圖4或圖5,在C路流量為“零”時，測得的A-B通道的Kv值。同樣，圖6或圖7當B流量為“零”時，測得A-C通道的Kv值。當A路流量為“零”時，測得B-C通道的Kv值。a)Kv值計算公式液體介質Kv值計算：這里首先引入一個名詞術語，即阻塞流。它是閥兩端壓降大到某一極限值，流量不再增加，此時的流動狀況稱為阻塞流。阻塞流出現(xiàn)時，Kv值計算公式不一樣。①阻塞流與否的判別方式：式中△p——閥出入口壓差，即pi-p?KPaFi——壓力恢復系數(shù)，它是流體經過截流件時，流速最大，而壓力最低，然后節(jié)流后流速逐漸減小，壓力逐漸回升，此現(xiàn)象叫壓力恢復，表征恢復能力的稱為壓力恢復系數(shù)。該值主要有閥門類型決定。Fe——液體臨界壓力比系表，計算公式為pv——閥入口溫度飽和蒸汽壓(絕壓)KPa,參見化工工藝設計手冊(上)化學工業(yè)出版設2005版圖21-84至90)pc——熱力學臨界壓力(絕壓)KPa,參見“上海瑞控閥門有限公司”選型指南流體性質表②Kv值計算非阻塞流時Kv值計算公式為：或p1——閥前壓力(絕壓)KPa;p?——閥后壓力(絕壓)KPa;pl——液體密度gf/cm3或T/m3ψ——粘度修正系數(shù)，Re≥2300時ψ=1。注：該系數(shù)為高粘度液體時，由于雷諾數(shù)下降(Re小于2300),流體屬于低速層阻塞流時Kv值計算公式為：或b)蒸汽的Kv值計算蒸汽介質時，同氣體介質一樣，也有阻塞流與非阻塞流以及飽和蒸汽、過熱蒸汽之分。①P?≤0.5P?(阻塞流)計算公式為式中：Gs——蒸汽重量流量kg/h;Ks——蒸汽修正系數(shù)(表3)△t——過熱度，飽和水蒸汽為0。介質名稱水蒸汽甲烷、乙烯蒸汽氮蒸汽丙烷、丙烯蒸汽氟里昂丁烷、異丁烷蒸汽Ks值②P?>0.5P?(非阻塞流)計算公式為：Kv值計算中應注意事項：按流體類型及工藝參數(shù)選擇合適的Kv值計算公式并進行計算，計算時注意量綱，應與公式中要求一致。現(xiàn)在用軟件計算時，量綱不同，計算公式可自動轉換，但至少要保持一致性。如閥前壓用了kgf/cm2,閥后壓也得用kgf/cm2,不能用其它的了。注：5.1.3執(zhí)行機構的計算公式正作用反作用正作用：反作用：Ds:薄膜有效面積(cm2)Ps:供氣壓力(kgf/cm2)Pi:彈簧預緊力(kgf/cm2)Pr:彈簧范圍變化量(kgf/cm2)L:額定行程(mm)對于正作用執(zhí)行機構，閥全閉所需的執(zhí)行機構推力最大，此時推力為同理：對于反作用執(zhí)行機構，閥全閉時也需要最大的執(zhí)行機構推力，此時推力為上述式中對于彈簧范圍為20~100KPa、20~60KPa、60~100KPa時，供氣壓力值為0.14MPa;對于40~200KPa時供氣壓力取值為0.25MPa,對于80~240KPa供氣壓力取值為0.4MPa。三通分流調節(jié)閥在A-B通道全開(圖4)或A-B通道三通合流調節(jié)閥全閉(圖6),即正作用執(zhí)行機構或反作用執(zhí)行機構。圖5和圖7在A-C通道全開時，圖9下部分公式演變?yōu)镕=Ds[Ps-(Pi+Pr)]及F=Ds·Pi?，F(xiàn)將執(zhí)行機構為950cm2,彈簧范圍為80~240KPa,供氣氣源為0.4MPa,正作用執(zhí)行機構及反作用執(zhí)行機構輸出力分別為15200N及7600N,如遇使用場合需要大推力執(zhí)行機構，可放大Ds或用雙膜頭執(zhí)行機6.1.1公司概況氧、液(氣)氮/超低溫閥、液(氣)氫閥、LNG閥、抗硫閥、抗菌素閥、球閥、截6.1.2現(xiàn)有設備設備名稱數(shù)量設備名稱1普通車床臺氣保焊機臺12數(shù)控機床臺空壓機臺13數(shù)控高速鉆銑床臺1冷凍式干燥機臺14立式加工中心臺2干燥箱臺15立車車銑中心臺1可控硅埋弧焊機臺l6臥式5軸加工中心臺1低溫液氮貯罐臺17臺6焊接操作機臺18臺2自動式焊接滾輪架臺19萬能銑床臺1焊接變位機臺l數(shù)控鉆床臺2仿形切割機臺1萬能外圓磨床臺1鑄鐵平臺臺2端面銑床臺1晶閘管整流弧焊機臺1單柱立車臺1逆變氬弧(手工)焊機臺1雙柱立車臺1逆變C02氣體保護焊機臺1鏜床臺1移動式交流點焊機臺1鋸床臺1逆變脈沖氣保焊機臺1插床臺1恒溫干燥箱臺1箱式電阻爐高溫臺l空壓機臺1焊條烘箱臺1噴漆流水線臺1逆變電焊機臺3吊鉤式噴丸清理機臺1主要檢測設備設備名稱單序設備名稱數(shù)量1蝶式液壓閥門測試臺臺1半自動沖擊試驗機臺12焊接式液壓閥門測試臺臺1沖擊試驗低溫槽臺13潛水式液壓閥門測試臺臺2沖擊試樣缺口投影儀臺14低溫閥門深冷試驗臺臺1氦質譜檢漏儀15高壓氣體試驗設備臺1手持式光譜儀臺16數(shù)字超聲探傷儀臺1直讀光譜儀臺17磁粉探傷機臺1讀片機臺18微機屏液壓萬能試驗機臺1測厚儀臺29洛氏硬度計臺1看譜鏡臺1便攜式里氏硬度計臺1框式水平儀臺1鍍層測厚儀臺1拉伸試驗機臺1超聲波測厚儀臺1電流信號發(fā)生器臺1◆附件(根據要求配置)回差：1%(帶電氣閥門定位器)、3%(不帶電氣閥門定位器)線性：±1%(帶電氣閥門定位器)、±5%(不帶電氣閥門定位器)公稱通徑**額定Kv值行程(mm)行程(%)—→單位：Kg執(zhí)行機構供