進(jìn)口氣動(dòng)高壓調(diào)節(jié)閥主要作用是控制低壓返回高壓甲銨液量。在低壓循環(huán)工段生成濃度約為60%濃度的甲銨液，由高壓甲銨泵壓，出口有兩個(gè)調(diào)節(jié)閥，一個(gè)是2NS-HV-301控制甲銨液返回高壓系統(tǒng)，一個(gè)2NS-FV-153控制返回低壓循環(huán)。由于高壓甲銨泵為高速離心泵，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滿足最低流量不得低于18m 3 /h，而且轉(zhuǎn)速高、出口背壓高，正常生產(chǎn)時(shí)2NS-FV-153關(guān)閉，完全靠2NS-HV-301控制甲銨泵打量，同時(shí)參考低壓甲銨冷凝器儲(chǔ)槽液位LC304，保證甲銨泵入口總量在20~28m 3 /h,。在開停泵過程中通過2NS-HV-301及2NS-FV-153互相配合開關(guān)穩(wěn)定甲銨泵打量。一旦該閥失靈或線性不好，一方面會(huì)造成高壓甲銨泵故障，輕則使甲銨泵損壞，重則管線、設(shè)備靜密封點(diǎn)撕裂，帶來環(huán)境污染或人員受傷重大事故，同時(shí)使高壓系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致裝置全面停車，如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

在2012年9月發(fā)現(xiàn)該閥嚴(yán)重振動(dòng)，噪音極大，噪音達(dá)到180分貝以上，振動(dòng)值高達(dá)29.8mm/s，振幅也相對(duì)很高。造成填料沖出，閥門定位器反饋桿振松致使脫落，閥桿與推桿連接塊滑絲。無法開車保證裝置正常運(yùn)行。

1 基本數(shù)據(jù)

2NS-HV-301閥型號(hào)：88-41611、公稱直徑：100A×80A、壓力等級(jí)：ANSI 1500# RTJ、閥作用：氣開、流量特性：等百分比、計(jì)算Cv值/額定Cv值：43.7/60、閥體、閥芯材質(zhì)：SUS316L、介質(zhì)：尿液、最大/正常/最小流量：59600/41600/33280Kg/h 、閥前/閥后壓力：15.7/15.5MPa (G) 、操作溫度：75℃。

2 原因分析

通過觀察和現(xiàn)場分析，本文認(rèn)為調(diào)節(jié)閥固有振動(dòng)頻率與管道固有振動(dòng)頻率相同，造成調(diào)節(jié)閥振動(dòng)振幅很高，致使調(diào)節(jié)閥閥桿振動(dòng)，填料被振松，閥芯閥桿連接發(fā)生連接斷裂，在15.7MPa （G）壓力之下不得不被破壞。根據(jù)調(diào)節(jié)閥基本原理可知：調(diào)節(jié)閥在高壓情況下，根椐閥位最小控制在10%以上是最合理的。但是，2NS-HV-301控制閥位最大才有3~8%閥位之下，調(diào)節(jié)閥在小開度以下長期工作最容易產(chǎn)生高頻震蕩，磨損等。同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)組件有著嚴(yán)重的破壞作用，包括閥內(nèi)件沖刷腐蝕，配合間隙逐漸增大，整機(jī)同軸度下降等。這就是2NS-HV-301調(diào)節(jié)閥震源的重要組成部分其中之一。工藝數(shù)據(jù)在該閥瞬間發(fā)生急劇變化，在小開度情況下，形成較大的壓差作用于該閥。該閥不能及時(shí)瞬間消耗壓差所帶來的振動(dòng)及噪音。

2NS-HV-301調(diào)節(jié)閥振動(dòng)是不可忽視的，它將產(chǎn)生的后果是不可估量的，如果不及時(shí)采取有效的措施解決，振動(dòng)直接影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命。本文立足改進(jìn)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)來克服由于工藝數(shù)據(jù)發(fā)生急劇變化所帶來振動(dòng)及噪音 [1] 。

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)與改造，改進(jìn)高壓調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)

首要解決的是閥桿斷裂問題，本文采用長期在化肥廠使用的高強(qiáng)度閥桿連接設(shè)計(jì)，使閥芯與閥桿保證不再發(fā)生斷裂。原閥桿與閥芯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示，閥桿設(shè)計(jì)為φ15.7mm，從這一點(diǎn)可以看出，金屬材料發(fā)生疲勞斷裂只有在交變外力或者在高頻震蕩外力的作用下產(chǎn)生,從這一基本原理來分析, 2NS-HV-301調(diào)節(jié)閥內(nèi)組件有多處配合間隙已經(jīng)不符合設(shè)計(jì)要求，整機(jī)振動(dòng)也來自于閥內(nèi)件及流體的沖擊作用下，直接選擇閥桿與閥芯連接薄弱處斷裂。

圖2 上圖是原閥設(shè)計(jì)閥芯，下部沒有降噪設(shè)計(jì)

由于閥桿不斷發(fā)生斷裂，說明閥桿強(qiáng)度低 [2] ，抗疲勞強(qiáng)度極限短，以增強(qiáng)閥桿強(qiáng)度為目的，將原閥桿φ15.7mm改為φ17f7,比原閥桿粗1.3mm。閥桿導(dǎo)向套與閥桿相配制作，填料函內(nèi)孔擴(kuò)大1mm，填料重新制作 [3] 。上閥蓋閥桿導(dǎo)向套與改造后的閥桿采用較小間隙動(dòng)配合。閥桿與閥芯連接處采用新型高強(qiáng)度連接方法，與改造前相比有減小應(yīng)力集中、連接強(qiáng)度高、雙保險(xiǎn)作用等優(yōu)點(diǎn)。其關(guān)鍵改造是進(jìn)行閥芯降噪設(shè)計(jì)，由原閥芯結(jié)構(gòu),如圖2所示。將閥芯下處改為3層降噪限流降噪板，通過設(shè)計(jì)計(jì)算，將原閥芯下部加降噪板，以減少流體和小流量高壓差所產(chǎn)生的對(duì)閥沖擊力及振動(dòng) [4] 。

本文將閥芯設(shè)計(jì)為降噪和減少振動(dòng)為一體的閥芯結(jié)構(gòu) [5] 。其具體結(jié)構(gòu)為外套筒設(shè)計(jì)為10組，每組5例，1例11個(gè)孔，9個(gè)小孔φ3， 2個(gè)大孔φ6，共110個(gè)孔。 再設(shè)計(jì)中套筒結(jié)構(gòu)，中套筒設(shè)計(jì)為10組均布，每組3例，每組6孔，孔徑φ3，共60個(gè)孔。設(shè)計(jì)內(nèi)套筒，內(nèi)套筒與中套筒相同，也設(shè)計(jì)為60孔，同樣10組均布，每組3例，每組6孔，孔徑φ3，共60個(gè)孔。然后把內(nèi)、中、外3個(gè)套筒疊加，進(jìn)行錯(cuò)位孔組焊，如圖3所示。

圖3 上圖是內(nèi)、中、外3個(gè)套筒疊加，進(jìn)行錯(cuò)位孔組焊示意圖

再由原閥座高度11mm增加到40mm，增加導(dǎo)向長度。最后是把上面的設(shè)計(jì)成型的加工件組焊到閥芯上，如圖4所示。

圖4 整個(gè)閥芯設(shè)計(jì)改造完成，新閥芯結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

現(xiàn)場安裝新設(shè)計(jì)閥芯結(jié)構(gòu)后，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，從2012年10月底運(yùn)行至今，未發(fā)現(xiàn)一次嘯叫聲及噪音，振動(dòng)值由高達(dá)29.8mm/s降低到0.8mm/s，運(yùn)行極其平穩(wěn)。噪音由180分貝減少到65分貝以下。顯然可見，這次設(shè)計(jì)改造是通過實(shí)踐證明達(dá)到了一個(gè)相當(dāng)高的理想效果，是調(diào)節(jié)閥制造行業(yè)領(lǐng)域之中非常領(lǐng)先的設(shè)計(jì)，也是國內(nèi)前所未有的設(shè)計(jì)改造，為化肥廠二化尿素裝置長周期運(yùn)行奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常深遠(yuǎn)和重大。