離子膜燒堿裝置中選擇控制閥的建議

閆莉莉，馮利明

(焦作煤業(集團)開元化工有限責任公司，河南焦作 454191)

離子膜電解制堿工藝是國內近些年來氯堿行業廣泛采用的一種制堿方法，具有工藝先進、自動化程度高、保護環境等特點。我公司離子膜燒堿裝置中所用的控制閥就是常用的過程安全控制機構，它的種類較多，應用廣泛，選材嚴格，如果控制閥選型或材質選擇錯誤，輕則造成介質泄漏、儀表損壞，重則引起裝置停車甚至發生嚴重事故，可見控制閥在整個離子膜燒堿系統中的重要性，它在儀表投資中占60%以上。因此選用控制閥必須要選擇經濟、適用、安全的控制閥。

1 控制閥閥體類型的選擇

選擇控制閥閥體類型，必須要仔細分析控制介質、工藝條件和工藝參數，了解系統對控制閥的要求，才能確定控制閥類型。在滿足使用要求的前提下，應綜合經濟效益來考慮，選擇使用壽命較長、結構簡單、維護方便、產品價格適中的閥門。離子膜法制堿裝置介質主要有鹽水、燒堿、鹽酸、氫氣、氯氣、水、水蒸氣等，腐蝕性強、易結晶、易燃易爆、有毒有害，由于溫度壓力比較低，自控系統主要為順序控制和回路調節。因此，裝置中應用的閥門主要以直通單座閥、蝶閥以及隔膜閥為主。

1.1 直通單座控制閥

此類控制閥的特點是泄漏量小，單閥芯結構容易密閉，甚至可以完全切斷，不平衡力較大，尤其在高壓差、大口徑時不平衡力更大，因此，它適用于低壓差場合。離子膜裝置應用此類閥門比較適合，主要多用于回路調節，介質主要是蒸汽、水和鹽酸。由于單座襯里的閥門價格比較高，用于鹽水介質時，在鹽水管線管道口徑小于DN50時才考慮用單座閥。

1.2 蝶閥

蝶閥結構簡單，特別適合于大口徑、大流量、低壓差的場合。由于這種閥具有自清洗功能，適用于有懸浮顆粒物和濃濁漿狀的流體。由于離子膜燒堿工藝都是低壓差，不會出現大壓差時蝶閥閥板關死后打不開的情況，而且蝶閥比單座閥便宜，在大口徑的工況下，均采用蝶閥作開關閥和調節閥用，既節省了投資又取得了良好的應用效果。

1.3 隔膜閥

隔膜閥采用耐腐蝕襯里的閥體和耐腐蝕的隔膜，可以完全避免金屬閥體的腐蝕，適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質的調節和切斷，流量特性近似快開。隔膜閥因為受隔膜襯里的限制，耐壓、耐溫性能較低。當工作壓力小于1.0 MPa時，密封性較好，由于沒有使用填料，所以避免了泄漏。隔膜閥的流量特性不是很好，特別在小口徑下用于調節時不是太理想。它在離子膜裝置二次鹽水精制工序中管道口徑為DN50以下、介質為鹽酸和堿的管線上，作為切斷閥使用。

2 閥門材質的選擇

閥門材質的選擇必須根據工藝介質的溫度、壓力、流體的腐蝕性、流體在閥內是否閃蒸、空化以及成本等方面來選擇合適的耐腐蝕材料。原則是閥體材質要和所連接的工藝管道材料相同或高出一個等級;閥芯、閥座、閥桿等與介質接觸的關鍵部件材質至少與閥體材質相同或高于閥體材質，執行機構、定位器等其他非接液部件的材質根據環境狀況適當選用?；谏鲜鲞x擇要點，在離子膜制堿裝置中，用在一般介質中，如水、蒸汽、壓縮空氣、氮氣、氫氣等，閥體材質一般選用鑄鋼或不銹鋼，接液部分選用不銹鋼，用在腐蝕性介質中，如鹽酸、鹽水、氯氣、硫酸等，閥體材質一般選用鋼襯四氟，接液部分選用PTFE/PVDF隔膜、PTFE或 PFA襯里的閥門。濃度為32%、溫度為80℃以上的燒堿，如果選單座閥，閥門的接液部分選用哈氏合金C，如果燒堿溫度為40℃左右時選用SUS316，也有的采用SUS304。在采用SUS304時，如果工藝系統操作不當，有時燒堿的溫度會高于40℃，這時會有鐵離子析出，容易使系統的鐵離子含量在裝置運行后期顯著增加，進而降低離子膜電解槽的使用壽命，一般在設計時不推薦使用SUS304。

3 閥門口徑的確定

閥門口徑的準確程度對工藝參數的控制起著至關重要的作用?？趶竭^小，會使調節閥不能通過工藝對象要求的最大流量，或使能耗增加;口徑過大，不僅使投資增加，而且使控制閥經常在小開度條件下工作，容易造成控制系統不穩定。閥門口徑的確定需要充分考慮工藝、設備提供的設計條件。儀表專業根據工藝專業提供的流量、閥前壓力以及閥后壓力、工作溫度以及介質的理化參數，計算出流量系數CV值，從而確定閥門的形式，從生產廠家獲取的控制閥選型本中，找到對應產品標準的特性曲線，查取額定流量系數不小于并接近于計算出的 Cvmax值的一個數值，作為最終選定的流量系數 C100，與C100相對應的控制閥口徑和行程，即為最終選擇的控制閥口徑。還要根據經驗和項目的實際使用情況來驗證所確定的口徑是否合適，如果有必要復核，就要從工藝提供的參數開始，查找問題原因。最終選定的控制閥口徑，既要保證工藝對象要求的最大流量，又不留過多的余量，同時控制閥的行程又能在合適的范圍。根據經驗，蝶閥開度為40°左右，單座閥開度為80%左右，隔膜閥開度為40%～50% 比較合適。如果閥門作為切斷閥，就不需要計算閥門口徑，與管道口徑保持一致即可。

4 執行機構

閥門執行機構分為氣動和電動兩種，氣動執行機構又分為薄膜式和活塞式。在離子膜燒堿裝置中，閥門主要以壓縮空氣作為氣源動力，選擇氣動執行機構。依據工藝提供的閥門故障位，正確選擇氣開或氣關的作用方式，故障開對應氣關，故障關對應氣開。執行機構的選型需要計算不平衡力或不平衡力矩，它的計算取決于很多因素，如控制閥閥體形式、閥芯形狀面積、閥門前后壓差、流開、流閉形式、介質工藝參數等。設計時，執行機構一般由閥門廠家根據用戶提供的工藝數據以及要求、閥門打開和關閉需要的時間等選配執行機構。

5 閥門附件的選擇

附件裝置作為控制閥的一部分，應根據工藝過程和調節的要求來選擇。在離子膜燒堿裝置中常用的附件主要有(電—氣)閥門定位器、電磁閥、位置指示開關、過濾器減壓閥等。選配閥門定位器主要為提高控制閥響應速度、分程調節和改變控制閥的流量特性等。在防爆界區內的閥門，必須選用隔爆(ExdIICT6以上)或本安型(ExiaIICT4以上)電—氣閥門定位器，數字式閥門定位器(也就是智能閥門定位器)的使用極大地提高了控制閥的調節性能，并有取代傳統機械閥門定位器的趨勢。我公司離子膜裝置中全部采用智能式閥門定位器，主要有德國西門子和日本山武兩種并帶HRAT通訊，這種定位器可大大提高過程控制的品質，增強系統運行的安全性與穩定性并可遠離現場對閥門進行調試。電磁閥是氣動開關閥必配的裝置，主要有二位三通和二位五通2種作用方式，它可根據開關閥的作用形式(單或雙作用)而有不同選擇，單作用選2位三通，雙作用選2位五通，電源選24VDC。位置指示器反映開關閥全開/全關2個極限位置，維修及操作人員可以根據此信號判斷開關閥的開、關狀態，主要用在過程控制以及事故狀態的聯鎖保護等裝置上。

6 結論

控制閥作為自動控制系統終端的執行部件，接受調節器或計算機的控制信號，改變被調介質的流量，實現對工藝過程某一參數如溫度、壓力、流量、液位等的調節控制，從而達到生產過程的自動化。所以要選擇安全、可靠、適用、經濟的控制閥，滿足工藝調節要求，提高控制水平，延長使用壽命。