离子膜电解制碱法对控制阀的选用探析

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摘 要：本文从科学选用控制阀阀体类型、阀门材质的选择要点、科学确定阀门口径、科学选配执行机构、科学选用阀门附件等方面详细论述了选用离子膜烧碱装置控制阀的要点。

关键词：离子膜烧碱装置控制阀 选用 要点

目前，我国氯碱行业普遍使用的制碱方法是离子膜电解制碱法。在离子膜烧碱装置中，最常用的控制阀是过程安全控制结构，具有品种多、应用广、选材严等特点，一旦出现控制阀选型或者材质选择上的错误，就很容易导致介质的泄漏和仪表的损伤。严重的还会造成装置停车，所以，在进行控制阀选择的时候，必须考虑到经济性、实用性、安全性等方方面面的因素。

一、科学选用控制阀阀体类型

1.直通单座阀简介

直通单座阀的主要特征是泄露量偏小，单阀芯结构很容易出现密闭的情况，还有可能被完全地切断，不平衡力太大，所以，直通单座阀比较适合低压差的情形。直通单座阀很适合离子膜装置系统，可用于回路调节，主要介质是蒸汽、水及盐酸。单座衬里的阀门价格偏高，碰上盐水介质的时候，盐水管线管道口径必须比DN50小才可使用单座阀。

2.蝶阀简介

蝶阀的最大特点就是结构比较简单，适用于较大口径、较大流量、低压差的情形。与此同时，蝶阀还具有自清洗性能，有悬浮颗粒物和浓浊浆状的流体可以使用蝶阀。离子膜烧碱工艺基本都是低压差，一般不存在大压差时蝶阀阀板关死之后很难打开的情形，除此之外，相较于单座阀，蝶阀价格更便宜。

3.隔膜阀简介

隔膜阀使用的是耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀的隔膜，能够避免金属阀体的腐蚀，比较适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的调节与切断。除此之外，由于受隔膜衬里的局限，隔膜阀的耐压、耐温性能都比较差。工作压力比1.0MPa小的时候，其密封性特别好，加之没有运用填料，因此泄漏情况极少出现。隔膜阀的流量特性比较差，尤其在小口径下用于调节的时候效果不是特别好。在离子膜装置二次盐水精制工序中管道口径是DN50以下、介质是盐酸、碱的管线的时候可以使用隔膜阀，将其当作切断阀来运用。

二、阀门材质的选择要点

选择阀门材质的基本原则是：阀体材质必须与其所连接的工艺管道材质是一样的或者更好，与此同时，和介质连接的重要部位：如阀芯、阀座、阀杆等的材质必须和阀体材质一样或者更好。在离子膜制碱装置中，用于水、蒸汽、压缩空气、氮气、氢气等普通介质的阀体材料通常会选择铸钢或者不锈钢材质，接液部分通常选择不锈钢。用于盐酸、盐水、氯气、硫酸等腐蚀性比较强的介质中的阀体材料通常会选择钢衬四氟，接液部分通常会选择PTFE/PVDF隔膜、PTFE或者PFA衬里的阀门。浓度是32%、温度是80摄氏度朝上的烧碱，一旦选用了单座阀，其阀门的接液部分就必须选择哈氏合金C，一旦烧碱温度接近40摄氏度，就必须采用SUS316或者SUS304。选用SUS304的时候，工艺系统一旦操作失误，烧碱温度就很容易高至40摄氏度以上，铁离子会在此时析出，系统的铁离子含量会在装置运行的后期阶段快速增多，大大降低了离子膜电解槽的寿命长度，因此，设计时最好不要使用SUS304。

三、科学确定阀门口径

阀门口径的准确程度对工艺参数的控制起着至关重要的作用。阀门形式的确定需要仪表专业的人才以工艺专业提供的流量、阀前压力以及阀后压力、工作温度、介质的理化参数等为依据，精确计算流量系数CV值，从生产厂家获取的控制阀选型本里，准确找到对应产品标准的特性曲线，查取额定流量系数不小于并接近于计算出的Cvmax值的一个数值，以此作为最终选用的流量系数C100，与C100相对应的控制阀口径和行程，就是最终确定的控制阀口径。除此之外，还必须以经验和项目的实际情况为依据验证所确定的口径是否科学合理，一旦有偏差就必须进行复核，从工艺提供的具体参数开始，寻查原因。确定下来的控制阀口径一方面必须保证工艺对象所要求的最大流量，同时不剩太多的余量，另一方面控制阀的行程必须在科学合理的范围之内。

四、科学选配执行机构

通常情况下，阀门执行机构有两种：气动和电动。其中，气动执行机构又可分为两种：薄膜式和活塞式。离子膜烧碱装置中的阀门是以压缩空气为气源动力的，气动执行机构相对比较适用。以工艺提供的阀门故障位为依据，气开或者气关的作用方式选择准确是非常重要的：故障开对应的是气关，故障关对应的是气开。在进行执行机构具体选型的时候，必须精确计算出不平衡力或者不平衡力矩，在进行不平衡力计算的时候，必须综合考虑控制阀阀体形式、阀芯形状面积、阀门前后压差、流开、流闭形式、介质工艺参数等各种因素。

五、科学选用阀门附件

附件装置是控制阀中非常重要的一个部分，必须以工艺过程和具体调节要求为依据进行选用。离子膜烧碱装置中普遍使用的附件是（电—气）阀门定位器、电磁阀、位置指示开关、过滤器减压阀等。离子膜装置中的智能式阀门定位器，一般有两种：德国西门子和日本山武。智能阀门定位器能在很大程度上提升了过程控制的品质，有效增强系统运行的安全性和稳定性，除此之外，还可以远离现场对阀门进行科学地调试。电磁阀是气动开关阀必要的配置之一，主要存在两种作用形式：二位三通和二位五通，它能够以开关阀的作用形式（单或双作用）为依据作出不一样的选择，单作用就会选用2位三通的作用方式，双作用则会选用2位五通的作用方式，电源选择24VDC。位置指示器反映的是开关阀全开/全关2个极限的位置，维护工作者能以此信号为依据判定开关阀的开、关情况，通常会用在过程控制和事故状态的联锁保护等配置中。

六、结语

控制阀是自动控制系统终端的关键执行部件，主要负责调节器或计算机的控制信号的接受、被调介质流量的及时转变、调节并监控工艺过程的某一参数，最终实现自动化生产。因此，在选择控制阀的时候，必须综合考虑安全性、适用性、经济性等方方面面的因素，尽可能地满足工艺调节的具体要求，切实提升控制力度，增加其使用寿命。

参考文献

[1]陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].第三版.北京：化工工业出版社，2001.

[2]项飞.控制阀在PTA装置中的应用[M].石油化工自动化，2008，（1）：78.