近年來(lái)，對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精酸精對(duì)苯二甲酸精酸精酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精酸精酸精酸精酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精苯二甲酸精酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精苯二甲酸精酸精苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精對(duì)苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精苯二甲酸精酸精酸精酸精酸精酸精酸精酸（PTA）工業(yè)在中國(guó)發(fā)展迅速，特別是國(guó)內(nèi)民營(yíng)企業(yè)進(jìn)入該行業(yè)后，不僅會(huì)PTA整體產(chǎn)能提高，單套裝置生產(chǎn)能力迅速突破百萬(wàn)噸，甚至達(dá)到2Mt/a以上。單套裝置生產(chǎn)能力的提高需要更大尺寸的管道和更大尺寸的設(shè)備，過(guò)程控制需要更大尺寸的控制閥。PTA在生產(chǎn)裝置中，主工藝介質(zhì)自氧化反應(yīng)器從一開始就以漿液的形式存在于工藝中。由于漿液本身的粘度和易結(jié)晶特性，漿液控制閥主要采用特殊結(jié)構(gòu)的角閥—墻角閥。PTA在生產(chǎn)過(guò)程中，以高腐蝕性醋酸為溶劑，部分工段操作溫度較高。普通不銹鋼閥門不能滿足工藝控制的要求。需要使用鈦、哈氏合金、雙相鋼、317等特殊材料加工閥體和閥門內(nèi)部件L奧氏體不銹鋼等。特殊的結(jié)構(gòu)、大尺寸和特殊的材料使墻角閥成為PTA設(shè)備控制設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，墻角閥設(shè)計(jì)的選擇往往會(huì)影響整個(gè)設(shè)備的試運(yùn)行周期。

1 壁角閥的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 分類

根據(jù)安裝位置，貼壁角閥可分為罐壁安裝角閥和管壁安裝角閥。安裝在罐壁上的可分為側(cè)壁安裝和罐底安裝。不同安裝位置對(duì)應(yīng)的角閥功能也不同。根據(jù)功能，貼壁角閥可分為泄漏閥、沖洗閥（部分閥具有泄漏和沖洗功能）和液位控制閥。泄漏閥和沖洗閥一般安裝在設(shè)備或管道底部，液位控制閥主要安裝在設(shè)備側(cè)壁。

1.2　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

貼壁角閥的閥座位于與設(shè)備或主管相連的一側(cè)，閥座暴露。普通角閥和直通閥安裝時(shí)基本面對(duì)面連接閥門法蘭和管道法蘭，而貼壁角閥與設(shè)備或主管道一側(cè)的連接采用侵入式連接，即在設(shè)備或主管道上配置凸緣法蘭（也稱鞍座）。貼壁角閥的閥座插入凸緣法蘭，與設(shè)備或主管道內(nèi)壁齊平，確保閥門與設(shè)備連接處無(wú)多余空間，無(wú)漿料積聚死角。與支管一側(cè)的連接采用法蘭和法蘭之間的連接，但支管應(yīng)向下傾斜，使內(nèi)部材料在重力作用下排出。貼壁角閥在許多情況下被稱為Y135型角閥°角閥是指閥體接管部分的中心線和設(shè)備罐壁或管壁部分的中心線夾角，也稱為45°角閥是指閥體接管部分中心線與閥桿中心線之間的夾角。有些裝置選擇的角閥是120°角（或者60°其閥體形狀為135°（或120°）彎頭在轉(zhuǎn)彎處光滑，無(wú)死角，可保證漿料順暢流通。

2 壁角閥設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 閥門選材

在PTA裝置的氧化單元物料中含有醋酸和少量氫溴酸，若溫度不高（小于100℃），閥體和閥內(nèi)部件的材料可選擇316L不銹鋼，閥芯表面用司太萊堆焊硬化。中溫材料(100~135)℃），閥體和閥內(nèi)部件的材料可選擇317L不銹鋼、雙相鋼或哈氏家族C合金，閥芯表面也要硬化。對(duì)于高溫材料(135℃以上)，應(yīng)選擇鈦材料作為閥體和閥內(nèi)部件(含微量雜質(zhì))Ti2或Ti3)由于閥桿的硬度，選擇鈦合金Ti5.鈦閥內(nèi)部件需要硬化時(shí)，建議采用陽(yáng)極氧化處理，不建議采用滲氮加硬處理。滲氮后的鈦會(huì)降低耐腐蝕性。在精制單元中，除加氫反應(yīng)外，其他工段材料中醋酸較少，閥體材料可選擇304L不銹鋼，閥內(nèi)件材質(zhì)選用316L不銹鋼，閥芯表面用司太萊堆焊硬化。

2.2 閥芯類型及其作用形式

安裝在罐體外壁上用于調(diào)節(jié)的貼壁角閥，閥芯近似于倒錐形，錐面曲線依據(jù)閥門的固有流量特性設(shè)計(jì)；而用于開關(guān)的貼壁角閥，閥芯近似于碟片。為了防止?jié){料阻塞閥門，安裝在罐體外壁上的角閥一般選用反作用形式，閥芯伸向罐內(nèi)閥門打開，該設(shè)計(jì)還可以減少閥門的行程，縮小執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積，節(jié)省安裝空間，降低成本。但另一方面存儲(chǔ)漿料的設(shè)備都帶有攪拌器，旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的漿料會(huì)沖刷伸到設(shè)備內(nèi)的閥芯，減少閥芯的使用壽命。安裝在管道外壁上小尺寸的貼壁角閥無(wú)論是用于調(diào)節(jié)還是開關(guān)，閥芯一般都選用柱塞式，依照所需流量特性，柱塞頂端加工成相應(yīng)的曲面，開關(guān)閥的閥芯則是圓柱形的柱塞，頂端加工成同主管內(nèi)壁等半徑的弧度，尺寸較大的則與安裝在設(shè)備上的貼壁角閥相似。安裝在管道外壁上的貼壁角閥一般選用正作用形式，閥芯向閥的腔體內(nèi)回縮閥門打開。這主要是管道內(nèi)漿料的流速更快，若閥芯伸到主管內(nèi)，所受的沖刷會(huì)更厲害；另一方面，閥芯伸到主管內(nèi)，會(huì)減小主管的流通面積，降低主管的流通能力。

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2.3　閥座外徑的尺寸和主管連接方式的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)閥座外徑時(shí)，檢查設(shè)備圖紙，不僅要找出相應(yīng)接口部件圖紙上標(biāo)注的尺寸，還要了解設(shè)備設(shè)計(jì)師對(duì)制造商提出的制造公差。如果設(shè)備圖紙中要求的制造公差為+0.5mm，閥門制造商要求的制造公差為-0.5mm，此時(shí)設(shè)計(jì)的閥座外徑小于相應(yīng)接口法蘭的內(nèi)徑mm可滿足安裝要求。如果設(shè)備和閥門制造商沒(méi)有提出確切的公差要求，制造商通常會(huì)遵循±0.5mm在公差生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)的閥座外徑一般比相應(yīng)的法蘭內(nèi)徑小3mm。

安裝在管道外壁上的角閥通常要求閥門制造商根據(jù)壓力等級(jí)和尺寸，甚至連接到主管。T型接頭，所以在設(shè)計(jì)閥門時(shí)，只需告知閥門制造商連接的主管尺寸和壁厚，而不用擔(dān)心閥座外徑與法蘭內(nèi)徑不匹配。

2.4 閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇

氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)常用于控制閥。電動(dòng)和液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)比氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在作者設(shè)計(jì)的幾套PTA該裝置很少使用，本文不再重復(fù)。以下主要討論氣動(dòng)膜和氣動(dòng)活塞的設(shè)計(jì)和選擇。

氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)由薄膜、壓縮彈簧、托盤、推桿、支架、軸套和膜蓋組成，由丁腈橡膠和尼龍絲布制成。直接行程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為正反作用。當(dāng)信號(hào)壓力增加時(shí)，推桿向下作用稱為正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)；相反，它被稱為反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)配備了平衡彈簧，氣動(dòng)信號(hào)壓力使薄膜室產(chǎn)生的推力減少了彈簧的反作用力，這是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力。F可以下式計(jì)算：

式中：F———輸出力，N；p———信號(hào)壓力，Pa；p0-彈簧啟動(dòng)壓力，Pa；pr———彈簧范圍，Pa；Ae———膜片有效面積，m2；l———閥門行程，cm；L———閥門全程，cm；pF———有效輸出壓力，Pa。

由于膜能承受的壓力較低，一般情況下最大膜室壓力不超過(guò)250kPa，在被彈簧抵消部分壓力后，剩余的輸出力變得非常小。氣動(dòng)膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用高差壓、高靜壓或大尺寸壁角閥，其膜的有效面積Ae為了使執(zhí)行機(jī)構(gòu)有足夠的輸出力來(lái)克服閥芯上的不平衡，必須足夠大。增加膜片Ae這也意味著閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)變得非常大，但由于安裝空間的限制，特別是對(duì)于安裝在設(shè)備底部裙子座椅上排放或沖洗的角閥，大型執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法接受。

另一種方法是增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出而不增加其體積p。工廠的儀表氣源壓力通常為700kPa氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒(méi)有充分利用儀表氣源的壓力，而氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以解決這個(gè)問(wèn)題。氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以輸出更大的驅(qū)動(dòng)力，并具有快速的驅(qū)動(dòng)速度。氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)（直接行程）的輸出力F計(jì)算公式與氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)（直行程）相同，但氣缸能承受的壓力遠(yuǎn)大于薄膜，較小的體積可以產(chǎn)生較大的推力。由于沒(méi)有彈簧的反應(yīng)力，雙作用氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在兩個(gè)方向上提供更大的驅(qū)動(dòng)力。然而，由于沒(méi)有彈簧復(fù)位功能，雙作用氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要配置儲(chǔ)氣罐，以實(shí)現(xiàn)氣體開啟和氣體關(guān)閉。氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為兩位式和比例式。雙作用兩位式執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)兩位五通電磁閥切換氣路，將活塞從高壓側(cè)推至低壓側(cè)，驅(qū)動(dòng)推桿推動(dòng)閥芯，實(shí)現(xiàn)閥門的全開或全關(guān)。這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用于沖洗或泄漏的墻角閥。雙作用兩位氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣路如圖1所示。雙作用比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)雙作用閥定位器將推桿的行程與輸入信號(hào)成比例，從而驅(qū)動(dòng)閥芯的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閥門開度的變化用于調(diào)節(jié)的角閥主要選擇這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。雙功能比例氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣路如圖2所示。

圖1 氣路兩位式氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)

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圖2 氣路雙作用比例氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)

墻角閥直接安裝在設(shè)備壁或管壁上，不能設(shè)置旁路。因此，在設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，手輪通常配置在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中。當(dāng)閥門氣路出現(xiàn)故障時(shí)，手輪可手動(dòng)控制。為了減少閥門尺寸和操作方便，手輪主要采用側(cè)安裝。

3 智能閥定位器和預(yù)測(cè)性維護(hù)

在控制系統(tǒng)中，主要故障包括執(zhí)行器故障、被控對(duì)象故障、傳感器故障和控制器故障，執(zhí)行器和傳感器故障較多，特別是執(zhí)行器故障往往危及整個(gè)系統(tǒng)的控制策略，因此對(duì)執(zhí)行器的可靠性提出了較高的要求。由于安裝位置的特殊性和管道材料的昂貴和大尺寸，一般不設(shè)計(jì)旁路閥。一個(gè)閥門的問(wèn)題會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行。通過(guò)智能閥定位器傳輸?shù)囊恍╅y門性能參數(shù)，預(yù)測(cè)性維護(hù)是必要的選擇。

智能閥定位器是一種基于微處理器的通信能力定位器。先進(jìn)的智能閥定位器具有自適應(yīng)、自校準(zhǔn)和自診斷性能，集成了先進(jìn)的微處理技術(shù)、信息技術(shù)和專家診斷軟件，適用于調(diào)節(jié)閥，一些智能閥定位器還集成了低功耗電磁閥，可用于兩位開關(guān)控制閥，并有一些行程測(cè)試（PST）全程測(cè)試（FST）功能。大多數(shù)品牌的智能閥定位器都支持它HART一些總線智能閥定位器支持通信協(xié)議FF或Profibus等待現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。通過(guò)專用軟件插件集成智能閥定位器DCS或AMS通過(guò)調(diào)查智能閥門定位器中的特定功能模塊，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。

預(yù)測(cè)性維護(hù)通過(guò)故障識(shí)別和診斷技術(shù)預(yù)測(cè)狀態(tài)參數(shù)的可能情況和預(yù)期時(shí)間，預(yù)測(cè)閥門的功能安全和時(shí)間依賴性。閥門故障診斷通過(guò)閥門（定位器）制造商的專用軟件進(jìn)行，實(shí)施在線預(yù)測(cè)性維護(hù)，提高墻角閥的性能，減少運(yùn)行故障，提高使用壽命，可大大降低PTA由于墻角閥故障，設(shè)備停車時(shí)間異常，提高工廠生產(chǎn)能力，節(jié)省設(shè)備維護(hù)成本。此外，智能閥定位器還可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的調(diào)整，提高過(guò)程控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為壁角閥PTA設(shè)備中一個(gè)特殊而關(guān)鍵的控制閥會(huì)影響整個(gè)設(shè)備的控制策略，從閥體材料、閥芯類型、功能形式到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選擇。材料的錯(cuò)誤選擇會(huì)使閥門在很短的時(shí)間內(nèi)因過(guò)度腐蝕而泄漏，閥門將無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)所需的控制效果，甚至完全失控。在施工和安裝期間，會(huì)影響閥座外徑的誤差，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積是否合適。在設(shè)備運(yùn)行階段，在長(zhǎng)期惡劣的工況下，閥門參數(shù)會(huì)發(fā)生什么變化，有哪些故障隱患需要智能閥定位器和上位機(jī)DCS或AMS系統(tǒng)檢查分析并進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，通過(guò)這種主動(dòng)維護(hù)實(shí)現(xiàn)閥門的長(zhǎng)期高效運(yùn)行。