選用襯氟蝶閥代替鹽水過(guò)濾器撓性閥

王黎明，劉明國(guó)，張振，尹建新，朱光興

(濱化集團(tuán)股份有限公司，山東 濱州 256602)

濱化集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“濱化集團(tuán)”)位于黃河三角洲腹地的濱州市，為主業(yè)突出、產(chǎn)業(yè)鏈完整的綜合型化工企業(yè)集團(tuán)，產(chǎn)業(yè)涵蓋石油化工、鹽化工、精細(xì)化工、熱電、口岸倉(cāng)儲(chǔ)、金融等領(lǐng)域，具有40多年豐富的燒堿生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，是我國(guó)重要的燒堿產(chǎn)品生產(chǎn)商，是國(guó)內(nèi)氯堿行業(yè)具有較大影響力的企業(yè)。目前濱化集團(tuán)燒堿裝置的生產(chǎn)能力為68萬(wàn)t/a，運(yùn)行中的一次鹽水精制過(guò)濾器共計(jì)21臺(tái)。

1 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介[1]

濱化集團(tuán)一次鹽水精制工藝是以高精度膜微孔過(guò)濾技術(shù)為主的精制工藝。由于濾膜易受Mg(OH)2、有機(jī)物的污染而大大降低過(guò)濾能力，因而采用粗鹽水預(yù)處理器與膜過(guò)濾器相搭配。粗鹽水先經(jīng)預(yù)處理器去除Mg2+和有機(jī)物后由濾膜除Ca2+的分步精制工藝，使精鹽水達(dá)到較高的質(zhì)量，滿足直接進(jìn)二次精制系統(tǒng)——螯合樹(shù)脂塔的要求。在過(guò)濾單元中，膜過(guò)濾器是最易出現(xiàn)問(wèn)題的單元，膜過(guò)濾器中過(guò)濾器本體閥門(mén)出現(xiàn)的問(wèn)題較多，嚴(yán)重影響鹽水的質(zhì)量及產(chǎn)量。目前濱化集團(tuán)擁有鹽水精制膜過(guò)濾器21臺(tái)，每臺(tái)過(guò)濾器有進(jìn)液閥、反沖閥、放氣閥、排渣閥共計(jì)4臺(tái)，原配套為進(jìn)口夾管撓性閥。

經(jīng)配水、化鹽及前反應(yīng)、預(yù)處理工序后，粗鹽水已去除大部分的Mg2+(除去90%以上)及有機(jī)物，但Ca2+依然大量存在，在后反應(yīng)器中加入適量Na2CO3，混合均勻后形成CaCO3沉淀，再自流至緩沖罐，再自流至膜過(guò)濾器過(guò)濾去除。粗鹽水通過(guò)進(jìn)液閥流入過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)濾袋進(jìn)行過(guò)濾，清液經(jīng)上腔排出，過(guò)濾一段時(shí)間后，當(dāng)濾餅達(dá)到一定厚度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入反沖洗狀態(tài)，進(jìn)液閥、反沖閥、放氣閥按各自功能自動(dòng)切換，使濾餅脫離濾袋并沉降到過(guò)濾器的錐型底部，系統(tǒng)重新進(jìn)入過(guò)濾狀態(tài)；當(dāng)?shù)撞繛V渣達(dá)到一定高度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)排渣閥，迅速排出濾餅。

2 改造前運(yùn)行中存在的問(wèn)題

在鹽水精制過(guò)濾器運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)工藝運(yùn)行的要求，各閥門(mén)頻繁開(kāi)啟和關(guān)閉；并且，撓性閥內(nèi)膽在50～60 ℃鹽水浸泡下容易出現(xiàn)橡膠老化、彈力降低而無(wú)法打開(kāi)的情況，或內(nèi)膽疲勞出現(xiàn)裂紋而導(dǎo)致?lián)闲蚤y泄漏。

以濱化集團(tuán)化工分公司為例，氯堿車間鹽水工段目前擁有13臺(tái)膜過(guò)濾器，原閥門(mén)配套進(jìn)口撓性?shī)A管閥。撓性閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、局部阻力小等優(yōu)點(diǎn)，但綜合其使用情況，內(nèi)膽破損是該類閥的主要故障，且內(nèi)膽破損后無(wú)法維修，只能通過(guò)更換內(nèi)膽來(lái)解決。實(shí)際運(yùn)行表明：在過(guò)濾器所用的幾個(gè)撓性閥中，進(jìn)液閥的故障率較高。

實(shí)際運(yùn)行表明：進(jìn)口原裝夾管閥使用壽命在1年左右。內(nèi)膽破損更換后，運(yùn)行質(zhì)量不佳，使用狀況波動(dòng)較大，夾管閥使用壽命不足半年。如進(jìn)液閥為DN200的撓性閥，內(nèi)膽價(jià)格為12 000元左右。從目前的使用情況看，撓性閥內(nèi)膽壽命平均為半年，運(yùn)行成本偏高。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，濱化集團(tuán)每年撓性閥內(nèi)膽更換費(fèi)用為100多萬(wàn)元，還僅是撓性閥內(nèi)膽的采購(gòu)價(jià)格，不包括撓性閥更換的費(fèi)用。在鹽水精制膜過(guò)濾器撓性閥開(kāi)關(guān)時(shí)，帶壓儀表風(fēng)通過(guò)夾管閥殼體上安裝的快排閥快速排出會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)瞬間高分貝噪聲；長(zhǎng)期使用后出現(xiàn)打開(kāi)時(shí)間延長(zhǎng)或無(wú)法打開(kāi)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)不能正確顯示等問(wèn)題，須操作人員在巡檢時(shí)，通過(guò)觸摸溫感檢查開(kāi)關(guān)情況；維修更換撓性閥內(nèi)膽頻次較多，泄漏的鹽水對(duì)地面造成腐蝕，還存在開(kāi)關(guān)用時(shí)較長(zhǎng)、耗氣量大和對(duì)儀表風(fēng)壓力范圍要求較窄(0.4～0.5 MPa)等問(wèn)題。

近幾年撓性閥內(nèi)膽產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，使用周期短，同時(shí)存在采購(gòu)渠道單一等問(wèn)題，對(duì)鹽水精制膜過(guò)濾器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成不利影響。

濱化集團(tuán)嘗試尋找其他類型閥門(mén)代替撓性閥，根據(jù)運(yùn)行要求，發(fā)現(xiàn)襯氟蝶閥適合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況的要求。

3 選用襯氟蝶閥替代撓性閥的可行性

3.1 襯氟蝶閥的特點(diǎn)

襯氟蝶閥適用于高腐蝕性化學(xué)介質(zhì)及有毒性介質(zhì)，特殊的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在最苛刻的工況下也能保證長(zhǎng)效安全的密封性能。閥體采用兩段式設(shè)計(jì)，方便日后維修和更換密封件。

一體式成型閥板閥桿設(shè)計(jì)，閥板和閥桿主要密封位置同時(shí)包覆4 mm以上厚度的聚四氟乙烯，確保介質(zhì)不會(huì)腐蝕閥體內(nèi)部。3 mm以上聚四氟乙烯閥座完全將閥體與介質(zhì)隔離，閥座背面的乙丙橡膠彈性墊圈設(shè)計(jì)，保證聚四氟乙烯閥座的彈性與閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的密封性能。GEFA多功能控制平臺(tái)，可互換不同尺寸平臺(tái)，直接與執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝，避免采用支架轉(zhuǎn)接，使閥門(mén)開(kāi)關(guān)更加精確。

襯氟蝶閥適用于鹽水精制膜過(guò)濾器運(yùn)行指標(biāo)，滿足如下技術(shù)參數(shù)：介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaCl，介質(zhì)溫度范圍為45～60 ℃，儀表風(fēng)的壓力范圍為0.4～0.7 MPa，蝶閥允許運(yùn)行壓力范圍為0～1.0 MPa。

在進(jìn)入過(guò)濾器鹽水內(nèi)的固體物質(zhì)中取樣時(shí)，分析取樣杯中經(jīng)慢慢沉降后的澄清成分；沉積物呈現(xiàn)白色的絮狀物，質(zhì)地軟綿，為不溶于水的物質(zhì)。氣動(dòng)襯氟蝶閥頻繁啟閉不會(huì)對(duì)密封面造成磨損，濱化集團(tuán)通過(guò)4年的試用以事實(shí)證明了這一點(diǎn)，并嘗試對(duì)鹽水過(guò)濾器撓性閥進(jìn)行改造，使用氣動(dòng)襯氟蝶閥替代撓性閥控制運(yùn)行。進(jìn)液閥自2013年11月更改為氣動(dòng)襯氟蝶閥，使用至今，各閥均運(yùn)行正常，無(wú)故障。經(jīng)筆者調(diào)研，國(guó)內(nèi)少數(shù)氯堿企業(yè)也在嘗試采用襯氟蝶閥代替撓性閥，反映良好。

3.2 襯氟蝶閥替代撓性閥的安裝過(guò)程

從工藝運(yùn)行方面分析，改造時(shí)要配合管道改造和現(xiàn)場(chǎng)閥的安裝，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電磁閥改造安裝過(guò)程如下。

(1)將電磁閥從總氣源底座上拆下，安裝單獨(dú)的氣源底座。

(2)將舊電磁閥安裝在原電磁閥位置，作為控制用電磁閥的氣源控制閥，同時(shí)起到封堵出氣口的作用。

(4)控制用電磁閥輸出兩路氣源與現(xiàn)場(chǎng)閥相連。

(5)手動(dòng)測(cè)試開(kāi)關(guān)控制的對(duì)應(yīng)性。

(6)測(cè)試DCS控制時(shí)現(xiàn)場(chǎng)閥開(kāi)關(guān)的對(duì)應(yīng)狀態(tài)。

(7)確認(rèn)無(wú)誤后，固定控制用電磁閥，等待后續(xù)處理，電磁閥改造工作完成。

3.3 改造后過(guò)濾系統(tǒng)運(yùn)行控制系統(tǒng)

閥門(mén)改控后的設(shè)備流程如圖1所示。

(1)啟動(dòng)過(guò)濾器前，將其置于自動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)進(jìn)液閥、反沖閥、排氣閥、排渣閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

液位測(cè)量計(jì)為浮球液位計(jì)，量程為0～100%；壓力測(cè)量方式為壓力變送器，量程為100～300 kPa

(2)進(jìn)液A：按DCS顯示屏上的“啟動(dòng)”按鈕，進(jìn)液閥、排氣閥打開(kāi)，過(guò)濾器進(jìn)入“進(jìn)液”狀態(tài)，粗鹽水經(jīng)進(jìn)液閥進(jìn)入膜過(guò)濾器，排氣閥排氣。

黨員教師與學(xué)生24小時(shí)線上對(duì)接，隨時(shí)關(guān)注入黨積極分子學(xué)生的動(dòng)態(tài)，特別關(guān)注學(xué)生的理想信念、職業(yè)發(fā)展、先鋒模范、吃苦耐勞、樂(lè)于奉獻(xiàn)，集體主義精神等方面，確保線下工作做到有的放矢。

(3)進(jìn)液B：當(dāng)進(jìn)液A時(shí)間到達(dá)設(shè)定值或鹽水從戈?duì)柲び砍霾⒌竭_(dá)進(jìn)液液位設(shè)定值時(shí)，過(guò)濾器進(jìn)入“進(jìn)液B”狀態(tài)，閥門(mén)狀態(tài)保持不變。

(4)過(guò)濾：當(dāng)進(jìn)液B時(shí)間到達(dá)設(shè)定值或按下跳轉(zhuǎn)過(guò)濾按鈕(僅在進(jìn)液A，B狀態(tài)有效)時(shí)，控制器得到信號(hào)自動(dòng)關(guān)閉排氣閥，進(jìn)入“過(guò)濾”狀態(tài)。清液從戈?duì)柲こ鏊芸谟砍?，通過(guò)精鹽水出口溢流至精鹽水儲(chǔ)槽(在過(guò)濾過(guò)程中，當(dāng)壓力超過(guò)壓力高限設(shè)定值時(shí)，DCS顯示屏直接跳入反沖狀態(tài)，并產(chǎn)生壓力過(guò)高報(bào)警)。

(5)反沖：“過(guò)濾”時(shí)間達(dá)到設(shè)定值后，進(jìn)液閥關(guān)閉，反沖閥自動(dòng)打開(kāi)，進(jìn)入“反沖”狀態(tài)。此時(shí)管板下的鹽水通過(guò)反沖管道流出至中間槽。管板上的清液在自身重力及外界大氣壓力下，順戈?duì)柲V芯倒流，將附著在戈?duì)柲け砻娴臑V餅沖下。反沖水量及反沖結(jié)束時(shí)間由浮球液位計(jì)決定，當(dāng)反沖設(shè)定時(shí)間到或液位到達(dá)反沖液位設(shè)定時(shí)，反沖結(jié)束；當(dāng)反沖時(shí)間到達(dá)設(shè)定時(shí)間，但液位未到達(dá)設(shè)定值時(shí), 將會(huì)產(chǎn)生“反沖超時(shí)報(bào)警”。

(6)沉降：反沖結(jié)束后，反沖閥自動(dòng)關(guān)閉，進(jìn)入到“沉降”狀態(tài)。此狀態(tài)為物理沉降，目的是使反沖下的鹽泥沉積于過(guò)濾器錐體，便于排渣。

(7)判斷過(guò)濾循環(huán)次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值：反沖結(jié)束，控制器會(huì)自動(dòng)判斷當(dāng)前循環(huán)次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值。若未達(dá)到設(shè)定值，則返回第二步，進(jìn)液過(guò)濾。

(8)排渣前過(guò)濾(可選步)：在控制頁(yè)面中此步驟可選擇為是否激活。當(dāng)選擇為不激活時(shí)，過(guò)濾器運(yùn)行時(shí)，此步跳過(guò)，直接進(jìn)入下一步。在此步驟選擇為“激活”時(shí)，當(dāng)過(guò)濾循環(huán)次數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，進(jìn)液閥門(mén)打開(kāi)，進(jìn)入“排前過(guò)濾”狀態(tài)。此時(shí)的閥門(mén)狀態(tài)及過(guò)濾狀態(tài)與第二步的過(guò)濾狀態(tài)相同，但目的不同。此時(shí)的作用主要將清液腔的液位由反沖后的低位升高，為下一步排渣作準(zhǔn)備。在保證一定的排渣量的同時(shí)，使得排渣后還有一定的液位。

(9)排渣：排前過(guò)濾時(shí)間達(dá)到設(shè)定值后，排渣、排氣(可選)，進(jìn)液(可選)閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，沉積于錐體部位的鹽泥順排渣閥排出。排渣結(jié)束條件為：排渣時(shí)間到達(dá)時(shí)間設(shè)定值或液位到達(dá)排渣液位設(shè)定(可選擇)。根據(jù)“液位判斷”這個(gè)條件，可在控制頁(yè)面中選擇投用或切斷。

(10)排渣結(jié)束后，自動(dòng)返回第一步(若液位未達(dá)到進(jìn)液設(shè)定值)或返回第二步(若液位超過(guò)進(jìn)液液位設(shè)定)，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，周而復(fù)始。排渣過(guò)程中，可以在控制頁(yè)面中分別選擇排氣閥和進(jìn)液閥是否打開(kāi)。根據(jù)相關(guān)的選擇，在每一次排渣過(guò)程中，排氣閥和進(jìn)液閥可分別打開(kāi)或關(guān)閉。

4 改造后經(jīng)濟(jì)效果

濱化集團(tuán)離子膜法燒堿的生產(chǎn)能力是68萬(wàn)t/a，一次鹽水膜過(guò)濾器裝置控制閥門(mén)運(yùn)行周期由半年延長(zhǎng)至5年。

(1)原來(lái)由撓性閥控制運(yùn)行成本：按照滿負(fù)荷運(yùn)行5年為核算周期，只考慮采購(gòu)成本及更換維修費(fèi)用。

膜過(guò)濾器裝置撓性閥內(nèi)膽用量：DN200，42只；DN150，8只；DN100，21只；DN80，8只。

估算5年內(nèi)撓性閥內(nèi)膽用量分別為：451.61只，86.02只，225.81只，86.02只。按照現(xiàn)用品牌撓性閥內(nèi)膽的價(jià)格，更換內(nèi)膽維修費(fèi)用按1 000元/只計(jì)算，5年內(nèi)撓性閥內(nèi)膽費(fèi)用成本流量如表1所示。

表1 撓性閥內(nèi)膽費(fèi)用成本流量表Table 1 Cost flow statement of pinch valve inner liners

(2)更改為兩位切斷襯氟蝶閥的運(yùn)行成本：按照滿負(fù)荷5年為核算周期，只考慮采購(gòu)成本及更換維修費(fèi)用。

膜過(guò)濾裝置襯氟蝶閥的用量為：DN200，42只；DN150，8只；DN100，21只；DN80，8只。

估算用量分別為：42、8、21、8只。

按照進(jìn)口品牌兩位切斷襯氟蝶閥價(jià)格，更換費(fèi)用為900元/只，5年內(nèi)兩位切斷襯氟蝶閥費(fèi)用成本流量如表2所示。

表2 5年襯氟蝶閥費(fèi)用成本流量表Table 2 Five-year cost flow statement of fluorine-lined butterfly valves

這項(xiàng)技術(shù)革新推廣至濱化集團(tuán)全公司的燒堿裝置，改造后，5年節(jié)約運(yùn)行成本約為：

842.80-103.41=739.39(萬(wàn)元)。

體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益為：

739.39÷5=147.88萬(wàn)元/a。

撓性閥與襯氟蝶閥年累計(jì)資金費(fèi)用對(duì)比曲線如圖2所示。

據(jù)了解，進(jìn)口兩位切斷蝶閥實(shí)際平均使用壽命大于5年，所示效益更加明顯。目前，國(guó)內(nèi)氯堿行業(yè)采用膜過(guò)濾技術(shù)的鹽水膜過(guò)濾器絕大部分采用撓性閥控制，筆者認(rèn)為可以在行業(yè)內(nèi)推廣襯氟蝶閥，并采用自動(dòng)控制技術(shù)。

圖2 撓性閥與襯氟蝶閥年累計(jì)資金費(fèi)用對(duì)比曲線

5 結(jié)語(yǔ)

在鹽水精制系統(tǒng)過(guò)濾器的工作過(guò)程中，撓性閥內(nèi)膽破損及故障率高等問(wèn)題已經(jīng)是公認(rèn)的技術(shù)難題。

盡管撓性閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、局部阻力小等優(yōu)點(diǎn)，但內(nèi)膽破損且破損后無(wú)法維修，同時(shí)還存在著故障率高等問(wèn)題。因此，濱化集團(tuán)積極選用襯氟蝶閥替代撓性閥，使鹽水精制過(guò)濾器工藝進(jìn)一步升級(jí)；并且，在選用襯氟蝶閥后，有效降低了鹽水過(guò)濾器閥門(mén)的維修頻率，節(jié)約了維修費(fèi)用，保證了設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了鹽水過(guò)濾裝置的產(chǎn)能及過(guò)濾質(zhì)量，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行噪聲，并有效地改善了操作人員的工作環(huán)境。

[1] 何同玉,劉嶺梅.離子膜工藝鹽水精制技術(shù)進(jìn)展概述[J].氯堿工業(yè). 2001(9)：8-10.