進口氣動高壓調(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，出口有兩個調(diào)節(jié)閥，一個是2NS-HV-301控制甲銨液返回高壓系統(tǒng)，一個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，正常運轉(zhuǎn)時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2NS-FV-153關(guān)閉，完全靠2NS-HV-301控制甲銨泵打量，同時參考低壓甲銨冷凝器儲槽液位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)備靜密封點撕裂，帶來環(huán)境污染或人員受傷重大事故，同時使高壓系統(tǒng)不能正常運行，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，噪音極大，噪音達到180分貝以上，振動值高達29.8mm/s，振幅也相對很高。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行。

1 基本數(shù)據(jù)

2NS-HV-301閥型號：88-41611、公稱直徑：100A×80A、壓力等級：ANSI 1500# RTJ、閥作用：氣開、流量特性：等百分比、計算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，本文認為調(diào)節(jié)閥固有振動頻率與管道固有振動頻率相同，造成調(diào)節(jié)閥振動振幅很高，致使調(diào)節(jié)閥閥桿振動，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。同時對調(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。該閥不能及時瞬間消耗壓差所帶來的振動及噪音。

2NS-HV-301調(diào)節(jié)閥振動是不可忽視的，它將產(chǎn)生的后果是不可估量的，如果不及時采取有效的措施解決，振動直接影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命。本文立足改進調(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及噪音 [1] 。

3 創(chuàng)新設(shè)計與改造，改進高壓調(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度閥桿連接設(shè)計，使閥芯與閥桿保證不再發(fā)生斷裂。原閥桿與閥芯設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示，閥桿設(shè)計為φ15.7mm，從這一點可以看出，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)計要求，整機振動也來自于閥內(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)計閥芯，下部沒有降噪設(shè)計

由于閥桿不斷發(fā)生斷裂，說明閥桿強度低 [2] ，抗疲勞強度極限短，以增強閥桿強度為目的，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配合。閥桿與閥芯連接處采用新型高強度連接方法，與改造前相比有減小應(yīng)力集中、連接強度高、雙保險作用等優(yōu)點。其關(guān)鍵改造是進行閥芯降噪設(shè)計，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)計計算，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)生的對閥沖擊力及振動 [4] 。

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

圖3 上圖是內(nèi)、中、外3個套筒疊加，進行錯位孔組焊示意圖

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)計成型的加工件組焊到閥芯上，如圖4所示。

圖4 整個閥芯設(shè)計改造完成，新閥芯結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

現(xiàn)場安裝新設(shè)計閥芯結(jié)構(gòu)后，經(jīng)過實際應(yīng)用，從2012年10月底運行至今，未發(fā)現(xiàn)一次嘯叫聲及噪音，振動值由高達29.8mm/s降低到0.8mm/s，運行極其平穩(wěn)。噪音由180分貝減少到65分貝以下。顯然可見，這次設(shè)計改造是通過實踐證明達到了一個相當(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，也是國內(nèi)前所未有的設(shè)計改造，為化肥廠二化尿素裝置長周期運行奠定一個堅實的基礎(chǔ)。其經(jīng)濟效益和社會效益非常深遠和重大。