本文分析了超大型空分設備在工藝設計上的特殊性，介紹了閥門選型上不同于常規空分設備的一些設計改變，論述了充分考慮空分設備**性前提下**合理選擇閥門，既為空分設備提供了可靠的技術保證，又可以降低建造成本。
關鍵字：閥門 超大型空分設備 選型
1 概述
超大型空分設備由空氣壓縮系統、大型空氣預冷系統、特大型分子篩純化系統、空氣增壓系統、增壓透平膨脹機系統以及特大型精餾系統和換熱系統等組成。由于配套的單元設備尺寸大，制造工藝要求高，其配套閥門選型尤為重要，其直接關系到生產**、系統調節性能、產量質量和投資費用。
2 選型
超大型（12萬m3/h）空分設備工藝流程復雜（圖1），其所用閥門不是簡單復制擴大常規空分設備用閥門，因此在設計選型方面需要**整體考慮，才能使空分裝置操作方便、控制容易，能夠長期**穩定地運行。
（1）預冷系統
空分設備上的預冷系統控制空冷塔液位的閥門（LV500401）通常選用套筒單座調節閥（圖2），該閥可以避免循環水雜質堵塞，流體壓力平衡式閥芯結構具有大容量、動態穩定性優良的特點，是適合苛刻工作條件的高性能調節閥，不會因流體對閥桿作用力不均衡而損壞閥桿。調節閥有等百分比和線性流量特性，能夠很好滿足液位調節的要求。常規及大型空分設備一般選用≤DN300的調節閥實現控制要求。但是超大型空分設備工藝參數計算的CV值太大，需要選用DN450套筒單座閥，其造價過高?？紤]空冷塔容積較大，液位變化較緩并且滯后，對調節性能要求較低，改用DN400高性能蝶閥替代套筒單座閥，滿足了液位調節的要求。
（2）分子篩系統
分子篩系統的切換閥選用三桿閥（圖3，ORBI-NOX），尺寸分別為DN1600和DN1400，閥門阻力小于1kPa，利于空分設備節能。分子篩吸附器處理空氣量約61萬m3/h，如果發生沖床事故，處理分子篩填料會非常麻煩，對生產帶來嚴重后果。閥門*大開啟壓差設置為15kPa，如果閥門前后壓差超過設定值，將不能開啟，有效防止了沖床事故的發生。
分子篩系統均壓閥（HV500607）采用直通全徑固定球球閥。根據計算的閥門CV值分析，需要選用DN300的球閥。由于大口徑球閥在小開度時介質流量較大流速過快，對床層沖擊力較大，而且成本高，改用口徑分別為DN200和DN150的球閥，這種配置降低了氣體對分子篩床層的沖擊力，并且均壓時間可以控制在合理范圍內。分子篩加熱器選用蒸汽加熱器，污氮氣經過加熱器加熱后溫度*高達到250℃，故而球體雙向密封環選用耐250℃的高溫碳纖維強化聚四氟乙烯。
分子篩系統冷吹閥（HV500617）選用帶智能定位器的DN1000蝶閥（圖4），閥門設計為開關特性，帶機械調節螺釘，閥門在40°～90°范圍*大開度可調。因為分子篩加熱階段，污氮氣經過加熱器加熱。由于加熱管路較長，并且分子篩吸附器的水分析出，因此加熱時管路阻力較大，精餾塔上塔壓力較高。加熱階段結束，進入冷吹階段，污氮氣不經過加熱器管路直接進分子篩吸附器，因此管路阻力顯著減小，由于阻力變小，導致精餾塔上塔壓力顯著變小，精餾塔工況發生劇烈波動。為保證空分工況穩定，冷吹閥門需要加上機械調節螺釘，限制開度，將加熱和冷吹階段管路阻力調節到盡量平衡狀態。對于超大型空分設備，由于加熱器為4臺蒸汽加熱器，設備較多，所以冷吹閥不再應用開關閥，取消機械定位銷，而使用智能定位器替代定位銷，保證加熱階段轉換到冷吹階段時，閥門根據空分工況變化自動開到一定開度，保持上塔阻力穩定，從而使精餾塔工況不會發生較**動。
（3）精餾塔系統
空分設備精餾塔下塔液氮回流閥（HV501511A/B）通常由蝶閥組成，控制下塔的回流比。由于蝶閥為近似等百分比特性，調節線性度差，而超大空分設備的精餾塔下塔容器較大，在回流量特別大情況下，下塔精餾工況依靠蝶閥較難穩定，所以選用蝶閥和調節閥。利用調節閥優良的線性調節性能，能夠使下塔較快達到工況所需的回流比，建立精餾工況。液氮分成兩路回流，選用蝶閥（277DB200）和低溫角閥（363CJ200）。低溫角式單座調節閥（圖5）比蝶閥調節性能好，對下塔工況調節比蝶閥穩定。
（4）氧氣輸送系統
出冷箱氧氣產品分兩路從氧氣管網送出，氧氣閥門（HV501201和HV501202）的選取關鍵在于氧氣流速的限制和閥門材質的選取，指出，管道中氧氣的*高允許流速，根據管道材質和工作壓力，不應超過規定，3.0MPa＜p≤10.0MPa。不銹鋼材質，適用于p×υ≤15MPa?m/s撞擊場合或p×υ≤80MPa?m/s非撞擊場合。*高允許流速v是指管系*低工作壓力與*高工作溫度時的實際流速，銅及銅合金（含鋁銅合金除外）和鎳及鎳銅合金，在小于或等于21.0MPa條件下，流速在壓力降允許時沒有限制。當0.6MPa＜p≤10.0MPa，閥門材質選用不銹鋼，銅合金或者不銹鋼與銅合金的組合，鎳和鎳合金。閥門可以視為節流的管道元件，按照這個規定選擇閥門材質。閥門通常選用蒙乃爾合金，其純氧下燃點450℃以上，具有阻燃防爆特點。蒙乃爾合金是鎳基耐蝕合金中的鎳銅系合金，典型成分是70%Ni和30%Cu，既具有較高的強度和韌度，又具有優良的抗還原酸及強堿介質和海水等腐蝕的性能。
氧氣輸送閥的閥前壓力4.69MPa，考慮到氧氣輸送到管網的**性，選用DN300氣動薄膜套筒調節閥。閥門前后壓差0.02MPa，閥體選用不銹鋼，閥芯、閥座和套筒材質選用蒙乃爾合金。送出閥旁通閥選用DN40氣動薄膜套筒調節閥，計算流速≥15m/s，故閥體以及閥內件全部選用蒙乃爾合金。氣動薄膜套筒調節閥使用流體壓力平衡閥芯，閥芯有2個小孔，使閥芯上下腔流體壓力平衡，閥桿受力均勻，調節快速穩定，防止閥桿在高壓下被頂開或受損，避免了調節時產生振動。
氧氣放空閥（PV501203）前后壓差3.59MPa，氧氣流速快，閥體以及閥內件選用蒙乃爾合金，閥后設置銅合金阻火器。
（5）循環系統
超大型空分設備為內壓縮流程，3臺循環液氧泵。液氧泵回流閥（PV501603A/B/C）閥前壓力0.74MPa，閥門前后壓差0.55MPa，選用低溫角式調節閥，閥內件是V形單座形式。由于液體回流閥前后壓差大，易產生閃蒸和氣蝕，因而閥芯材料為司太萊合金，閥座材料為不銹鋼整體堆焊鈷基硬質合金。V－PORT閥芯能夠對流入液體起到分流作用，因此耐高壓差，降低氣蝕對閥芯的損壞。
給液氧產品加壓到管網壓力要求值，需要高壓液氧泵，其回流閥（PV501403A/B/C）閥前壓力4.77MPa（A），閥門前后壓差4.29MPa。選用多級降壓式套筒導向型調節閥，流體壓力平衡型閥芯，閥芯、閥座和多級套筒均選用蒙乃爾合金，控制流經閥內件的流體速度，大幅降低噪聲，有效防止液體產生的氣蝕現象。
循環液氧泵進口閥（UV501601A/B/C）選用低溫三偏心蝶閥，閥門前后壓差0.002MPa。進口為鋁法蘭，出口為不銹鋼法蘭，能夠實現快速關斷功能，保證緊急狀況下液氧泵和空分設備的**。高壓液氧泵進口閥（UV501401A/B/C）也選用低溫三偏心蝶閥。
高壓空氣節流閥（HV501015A）閥前壓力7.15MPa，閥門前后壓差6.55MPa。選用低溫角式多級降壓調節閥（776CJ150Ma），閥芯采??多級帶孔套筒形式，迷宮結構，流體介質通過迷宮套筒，降低流速，有效降低流體產生閃蒸和氣蝕現象的發生。閥芯不銹鋼部分堆焊硬質合金，閥座整體堆焊硬質合金，閥芯外環繞一圈防塵不銹鋼罩，可以有效防止雜質堵塞閥芯。
3結語
超大型空分設備配套閥門的設計選型在保證**的前提下，應同時考慮工藝流程調節穩定性，配套成本和能源消耗等因素，在應用實踐中再進一步檢驗閥門的使用效能。
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