摘 要：本文探索并分析了煤化工液氮洗装置分子筛系统控制阀门的设计要求，选型，及应用效果。详细剖析了提升杆轨道球阀的结构原理特点，从实际应用的角度，详述了使用中对阀门维修过程，及应用中阀门定期保养和需注意事项。 关键词：分子筛 轨道球阀 阀门维修
一、概述
在现代化煤化工装置系统中，原料气净化多采用低温甲醇洗，液氮洗工艺系统完成。经低温甲醇洗处理后，原料气体中仍含有微量的二氧化碳和甲醇，为防止其在液氮洗低温下凝结堵塞冷箱内板翅式换热器。因此，在原料气进入液氮洗系统冷箱前，需先脱除工艺气体中的甲醇和二氧化碳。一般采用分子筛系统进行吸附脱除，分子筛装填在吸附器内，一般设两套。一套吸附工作，一套再生，交替运行，切换周期为24小时。由DCS系统通过程序控制现场多台阀门的运行，实现两台分子筛的自动切换。吸附器的工作温度为-61.5℃/200℃，工作压力5.35/0.42MPa，再生气量为4500Nm3/h。分子筛系统能否正常工作，主要决定因素系控制阀门的稳定可靠运行，由于工艺的高温高压等特点，因此对阀门提出了更高要求。
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二、分子筛系统控制阀门的选型
1.分子筛系统对阀门的技术要求
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1.1频繁动作：其阀门要求每天开启数次，无间断运行1至2年；
1.2温度变化大：每个开关行程，系统温度都要历经从零下到几百度的变化。
1.3磨蚀现象：系统正常运行的情况下，干燥剂等会产生的粉尘将引起运动部件的过早磨损；
1.4绝对的紧密封：任何一个工艺阀门的泄漏都将给分子筛操作带来不利的影响，能源将会由于热的再生气体漏到吸咐循环而被浪费，或者当湿气漏到再生循环使系统失去效率而导致整个循环过程延长。
1.5低压差条件下的密封性：为了避免损坏吸咐床，开关阀常在低压差条件下操作，弹簧加载或靠管线压力帮助密封的阀门在这种条件下将产生泄漏。
2.阀门的选型
由于分子筛系统工艺控制要求苛刻，能满足工艺要求的阀门较少。普通调节阀因主要用于通过流体的压力或流量的调节控制，此类阀门应用在分子筛系统无法满足零泄露的要求；气动蝶阀密封性能差，部分工厂选择三偏心蝶阀，控制精度差；球阀基本能满足使用要求，化工装置中常用球阀一般有两种结构：一种为浮动球阀，另一种为固定球阀。美国喀麦隆公司生产的ORBIT系列轨道球阀，因其制造工艺技术先进，设计独特，经久耐用，市场占有率很高。下文将以此阀为例，详细介绍轨道球阀的结构原理、特点及应用。
3.轨道球阀的结构原理
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阀杆提升式轨道球阀的技术关键在于其独特的构造，如图一所示：主要部件由阀芯、阀体、阀座、阀杆、阀杆导向销、销钉、阀盖等构成。其阀杆上有螺旋槽，下端为前后平行的楔形面。 当阀杆受作用力向上提升时，此时阀杆导销与阀杆上螺旋形导槽直行程段限制阀杆只做上升运动，使阀球向左偏移某一角度，阀球与阀座脱离。阀杆继续上升，使阀杆做90度旋转，同时带动阀杆下部的楔面与阀芯销钉配合带动阀芯做90度旋转，阀门开启。相反，当执行机构输出力向下，此时阀杆导销与阀杆螺旋槽配合，使阀杆做90度转动，带动阀杆下 部楔面与阀芯销钉配合使阀球做90度旋转。此时，阀球密封面正对密封槽，随着阀杆继续下降，阀杆下部楔面与阀芯销钉配合，带动阀球球面压紧阀座，阀杆继续下降，对密封面继续施加强制密封力。
阀门结构独特之处，其一是驱动阀球的旋转力矩是由阀杆上的螺旋硬导槽及导向销配合旋转完成的，该阀标准配置的气动活塞执行器可由所带油缸在启闭时向气缸内充油减震，运行中更加平稳。导向销设置为外置安装，易于更换；其二是单阀座构造，极大减少了阀门启闭时阀球与阀座的摩擦力，只受垂直压力，提高了泄露等级。
4.轨道球阀的特点
4.1开关无摩擦。当门打开时，提升杆的楔形部分将阀球推离阀座，然后才旋转阀球。因此有效保护了密封面。适合长期频繁操作。
4.2低扭矩操作。因开关过程中阀球和阀座之间不产生摩擦，因此开关力矩很小。可配置手轮而无需齿轮箱直接驱动。亦可配置小尺寸气动、电动、液动等多种执行机构。
4.3机械强制密封。阀杆下端楔面提供一个机械力强制阀球靠紧阀座，可达VI级密封。
4.4阀座无局部冲刷自清洗。当阀芯倾离阀座时阀全开，流体沿360度流出密封面，流体中的杂物易于冲洗干净。打包交易
4.5单阀座设计。固定单阀座设计能够保障双向的密封，阀腔始终与管道一段相通，避免了阀腔压力升高的问题。
4.6可注入填料。当阀门运行维修时，可将填料通过填料附件注入阀杆密封部位，控制流体泄露。
4.7高CV值。全通径和缩颈阀门在开位时阀球全开，流通能力强，冲蚀状况降到最低。
4.8双阀杆导向销。导向销对称设计安装，阀杆导槽和导销共同控制阀杆的平稳升降和转动。导向销外置，易于检修更换。
4.9带油缸气动执行器。气动执行器更好的适用于防爆区，气缸运动中油缸将油充入中间缸体内，减少振动，轨道阀开关更平稳。如图二和图三所示。
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三、轨道球阀的应用
1.应用概述
陕化公司煤化工项目一期和二期液氮洗工段分子筛系统共选用十八台CAMARON公司生产的ORBIT轨道球阀，十六台为8寸600CL球阀，、二台1.5寸600CL球阀，配置双作用或单作用（带弹簧复位）气动执行机构。自开车投运，运行平稳，保障了开车顺利进行。但在使用中亦出现由外界原因引起的阀门内漏、卡死等故障，均经及时检修，完全修复。
2.轨道球阀的维护检修
2.1使用中出现最多的问题是阀门内漏，无法保持再生的压力的稳定。一般维修方案为拆下阀门，打开检查，取出异物并将阀球和阀座研磨，直至满足零泄漏要求。当无法实现零泄漏时，需及时更换阀座和阀球。详细的阀门拆修和装配过程如下。将整体阀门由管道拆下，吊装在检修支架上，继而开始拆卸执行机构，将执行机构垂直吊起，防止油缸内液压油由呼吸帽处溢出。待露出阀球后，可将阀球拆出，放置于干净的工作台上。继而准备拆出阀座，因轨道球阀只有一个阀座，因而拆卸较简单，但仍需准备充分。当一切就绪后，将准备的液氮或液氦持续灌入阀内，使阀座迅速深冷，约需10分钟后，观察阀体外表结霜情况，可判断阀座是否已被冷凝物全部覆盖，此时再等少许时间，即可利用起拔器将阀座
拔出。当阀球和阀座全部取出后，当阀球基体无受损时，可将研磨膏（主要成分为石英砂）涂抹于阀球表面，将阀座轻轻放置于阀球表面，沿着阀球表面顺时针研磨数圈，后再逆时针旋转研磨数圈，直至表面光滑，印痕消失。即可装配试压，试压介质一般为清水，试验压力为1.5倍工作压力。开关阀球时需避免阀门过快启闭，注意起源压力高低，控制开关过程时间最少40S以上，以免密封面受冲击损坏。
2.2故障一例：某次开停车过程中工艺气体进口阀kv17001无法开关。该阀门配置双作用气缸，型号：LS-185-D-26，结构参见图三。检查气源压力为42psi，在规定压力40-45psi正常范围内，气源减压阀，电磁阀等附件均正常，储油罐油位正常，气缸无漏气现象，观察气缸阀位指示器正常。后经联系CAMANON区域售后技术人员现场拆开检查，将上阀盖拆开，连同执行器和阀杆一起吊起拆出，检查阀体腔内有积水、阀球阀座正常无磨损。原因分析为阀球受力过大，进一步分析认为工艺气体带水，当流体温度达到零下时结冰，冻住阀球和耳轴，导致阀杆与阀杆轴套连接处受力增大，拉伤轴套内丝。因无现成备件，经测量轴套后另行加工一套新轴承套，经组装连接，调试后整阀修复，经开车试验正常，连续使用8个月未见异常。
3.气缸检修尼龙手套
某次分子筛系统kv27003阀法兰泄露，导致工艺气体溢出，因气体流速高，引起管道保温材料着火。将系统中多台轨道球阀执行器烧坏，出现漏气漏油等现象。经与阀门制造商联系，国内无备件，供货周期长。后经技术人员测绘，采用304不锈钢材质按照原尺寸加工缸套，并更换O型圈，及减压阀等附件后，将阀门修复安装。安装时将阀门建议压力端安装在管道高压侧，法兰上标注“Pre.d”一端为高压侧。现已连续使用已经一年以上，无任何问题。
4.日常维护保养。
按照《运行维护手册》规定进行定期保养与维护。主要检查项目包括：双作用气缸气源压力控制在40-45PSI，弹簧关执行器的气源压力控制在75-80PSI，亦可根据阀门开关时间适当降低气源压力，但必须保证阀门开关时间控制在40-60S；油缸油位检查正常，及时补充美孚22润滑油；阀杆的润滑周期为3个月一次，使用液压注脂注入润滑脂；盘根调料的检查调整。日常需监视DCS阀门启闭和再生时间，综合判断阀门内漏情况，及时检修更换损坏零件。易损备件清单如下四、工程经验总结
经现场使用，提升杆式轨道球阀完全能满足分子筛系统的需求。更好的阀门保养维护将使
分子筛系统故障和停车机会降低。阀门使用不是一劳永逸的，尤其是传动部件的定期保养。做到以下几点，将使阀门使用更安全可靠：阀门安装前管路必须打靶吹扫干净；干燥塔出口加滤网，防止干燥剂带出进入管道；保持对执行器的推荐压力，保证适当的闭合力；控制操作速度，保持40S以上；坚持按照阀门手册进行预防性维护；阀门维修交由专业阀门售后技术人员进行；及时更换损坏和性能下降的备件。只要坚持做到以上几点，完全可以保证轨道球阀的长周期最佳运行状态，确保分子筛系统正常工作。
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