大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式改造

大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式改造

白成海 张美寒 冯岩冰 李 家 栋

兖矿新疆煤化工有限公司 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：大口径高压差蝶阀以其在各种流体介质调节与控制中存在的作用，被广泛应用到煤气、石油、化工、冶金、给排水、航船航空等众多行业中，在其生产安全保障、生产效率提升、生产工艺改进等方面发挥着至关重要的作用。本文从蝶阀的基本认识出发，以煤化工企业大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式改造工程为背景，对气动执行机构作用形式改造需求、内容以及效果进行了简要分析，以提高大口径高压差蝶阀在煤化工生产中应用的有效性、安全性。

关键词：大口径；高压差；蝶阀；气动执行机构

引言：煤化工生产过程中，调节阀是生产装置不可缺少的设备之一，在生产工艺连续自动化控制中发挥着至关重要的作用。基于生产制造技术水平的不断提高，调节阀种类呈现出多样化发展态势，为满足煤化工生产对高压差、大口径、超流量的工艺需求，提高调节阀性能，保障调节阀应用安全、稳定、有效成为相关人员关注的重点问题。大口径高压差蝶阀的提出与应用在一定程度上解决了上述问题，但实践发现该调节阀应用期间易出现内漏、关不死等现象，基于此本研究试图通过改造大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式，提高阀门性能稳定性与生产系统运行安全性。

1对蝶阀的基本认知

蝶阀是常用调节阀、控制阀，广泛应用于各行业流体运输管道中，用以进行流体介质调节与控制，以满足企业生产、加工、运输等对流体介质管控的需求。蝶阀密封面大，结构较为简单。随着蝶阀应用范围的不断扩大，市场对其性能提出来更高要求，大口径、高压差、高温差、多功能、抗腐蚀、调节灵活、密封性强等成为蝶阀发展主流趋势^[1]。以煤化工控制系统为例，系统运行对工段压力、液位、流量等具有较高控制要求，合理选用大口径高压差蝶阀可在一定程度上满足系统需求，提高煤化工生产稳定性、安全性。

大口径高压差蝶阀主要由调节机构与执行机构两部分构成，使用过程中执行机构在信号压力驱动作用下促进轴旋转，轴与阀板相连，轴旋转带动阀板运动，改变流通面积，实现流体调节。大口径高压差蝶阀执行机构有气动执行机构与电动执行机构两种类型：（1）气动执行机构通常有正作用与反作用两种形式，正作用主要表现为执行机构在接收到信号压力时，推杆向下运动带动轴旋转，反作用主要表现为执行机构在接收到信号压力后，推杆向上运动带动轴旋转。此外，气动执行机构也可分为薄膜式执行机构与气缸活塞式执行机构，前者可直接和阀杆连接，气源压力通常为0.14~0.4MPa，适用于多数场合；后者气源压力不低于0.7MPa，适用于角行程输出推力较大或定位准确度要求较高的场合^[2]。（2）电动执行机构以单相交流电源为动力，与阀体通过机械连接，根据电机正反转控制阀门开关。煤化工大口径高压差蝶阀中气动执行机构应用最为广泛。

2蝶阀气动执行机构作用形式改造需求分析

煤化工生产现场，大口径高压差蝶阀在进行流体介质控制时，常会接触到高温、高压、高粘度、高腐蚀、易燃、易渗透、易结晶的流体介质，如所应用大口径高压差蝶阀不合理，很容易导致生产过程自动化控制失效，并带来各种各样生产波动，损害企业效益。以煤化工净化系统为例，进行脱碳时，系统中的大口径高压差蝶阀需要对液位进行精准调节，直接接触到的工艺介质为黏稠度较高含杂质的碳氢化合物液体，蝶阀前后压力为2.9/2.8MPa。正常运行情况下，阀门开度需要保持在1%~5%之间，液位波动控制在±3%。但大口径高压差蝶阀投用后，经常出现卡顿、调节不准等问题。与此同时，分析生产系统中其他同类型大口径高压差蝶阀应用情况，发现部分工段大口径高压差蝶阀存在内漏、调节失控、关不死等问题。这些问题发生轻则影响生产效率，重则威胁生产安全与人身安全。因此，有必要明确问题成因并选取科学、有效措施进行处理，以减少大口径高压差蝶阀故障发生率。

本企业所应用大口径蝶阀多为单作用弹簧复位式气动调节阀，配备薄膜执行机构。在实际使用过程中，如果控制信号中断将使大口径蝶阀陷入关闭状态，导致无法自动控制；长时间处于高压情况下使用，大口径蝶阀气缸内弹簧将产生疲劳，出现喘振、波动、弹簧损坏等问题，导致阀门内漏、关不死；不洁净气体、高粘稠性液体长时间冲刷阀门，将污染阀体，导致阀体内部构件运行不灵活，加剧上述问题发生^[3]。选型不当是导致这些问题发生的主要因素，要想有效解决这一问题需要重新选择调节阀。但如果重新选用调节阀并进行整体更换，施工量较大，花费成本较高，不符合企业生产节能、降耗、减排要求。对此，尝试通过在保持阀门功能性不变的情况下改造蝶阀气动执行机构作用形式消除上述问题，提高生产系统运行的安全性、稳定性、可靠性。

3蝶阀气动执行机构作用形式改造内容分析

改造之前大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式为反作用，信号压力所产生的推力横向进入，在推力作用下弹簧横向运动，并带动了推杆、阀体内构件运动。大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式改造之后，单作用弹簧复位式气缸转变为双作用辅助驱动，气动执行机构中弹簧受力大幅度减小，使大口径高压差蝶阀不会因为长时间运行过早出现弹簧疲劳问题，利于喘振、关不死等问题消除。与此同时，双组合弹簧结构设计使弹簧刚度降低，降低绕制难度的同时，提高执行机构空间利用率，便于大口径高压差蝶阀在生产系统中的运用。此外，降低执行机构弹簧预紧力，增强阀门抗差压性能，提高大口径高压差蝶阀运行稳定性。

4蝶阀气动执行机构作用形式改造效果分析

大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式改造完成后，通过实际运行对其改造效果进行了评价。结果显示：（1）控制信号中断之后，阀门基本功能性未发生改变，调节阀也未陷入关闭状态，工艺介质仍然可以顺利流通，不会出现憋压问题，造成设备损害；（2）大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式改造后，备品备件消耗量有所降低，工艺调节灵活性、稳定性提升，维修工作量大幅度减少；（3）大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式改造期间，生产系统仍处于运行状态，没有对其带来任何影响，有效保障了企业经济效益；（4）大口径高压差蝶阀气动执行机构作用形式改造成本低于大口径高压差蝶阀换新费用，实现企业生产投入成本节约；（5）改造后阀门性能达到预期效果，可有效满足自动化控制需求，促进企业生产质量与效率提升，间接促进企业社会效益提升。

结论：随着煤化工现代化建设进程的不断推进，生产系统及其配套设施中的高参数阀门数量增多，并对其性能提出了更高要求。大口径高压差蝶阀作为典型高参数阀门，其设计改造的现实意义显著。本改造项目大幅度提高了大口径高压差蝶阀运行稳定性与安全性，且利于生产能耗节约，对大口径高压差蝶阀科学与安全使用具有重要指导作用。值得注意的是，作用形式改造需根据具体情况针对性落实改造措施，除作用形式改造外，企业也应加强设备日常维护力度，保证生产装置长时间安全、稳定运行。

参考文献：

[1]李捷,刘孝广,臧兴华.千岛湖配水工程超大口径双向密封蝶阀的研制[J].浙江水利科技,2020,48(06):31-36.

[2]王喜.某煤化工装置大口径调节蝶阀气蚀问题改造[J].化学工程与装备,2018(12):176-177.

[3]李华,陈凤旗,张富珍,等.气动薄膜调节阀作用形式改造分析[J].纯碱工业,2018(02):22-25.