提示：本文通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥的原理、流量特性、結(jié)構(gòu)類(lèi)型的闡述，介紹了三通調(diào)節(jié)閥在藍(lán)星0kt/a有機(jī)硅單體工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。

1 控制閥的節(jié)流原理

從流體力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)看，控制閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件，對(duì)不可壓縮流體，由伯努利方程可以求得通過(guò)控制閥的流體流量，如式（1）：

式中 q_V———體積流量；

p₁———閥前壓力；

p₂———閥后壓力；

A———節(jié)流面積；

ξ———控制閥的阻力系數(shù)；

ρ———流體的密度。

由式（1）可見(jiàn)，當(dāng)A一定，p_1–p₂不變時(shí)，q_V僅隨控制閥阻力系數(shù)的變化而變化：若ξ減小，則q_V增大；反之，若ξ增大，則q_V減小。控制閥就是根據(jù)控制信號(hào)的大小和方向改變閥芯的行程來(lái)改變閥的阻力系數(shù)，以達(dá)到調(diào)節(jié)流體流量的目的。

式中C———控制閥的流通能力。

C的定義：溫度為5～40℃的水，當(dāng)控制閥全開(kāi)，閥兩端的壓差為0.1MPa，每小時(shí)流經(jīng)控制閥的流量數(shù)（m³/h）。控制閥流量系數(shù)將由C系列變?yōu)镵_V系列。C和K_V之間的關(guān)系為：K_V=1.01C。

2 控制閥的流量特性

指介質(zhì)流過(guò)控制閥的相對(duì)流量與控制閥的相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系，如式（2）所列。

q_V/q_Vmax=f（l/l_max）（2）

式中q_V/qV_max———相對(duì)流量，即控制閥某一開(kāi)度下的流量與全開(kāi)流量之比；

l/l_max———相對(duì)開(kāi)度，即控制閥某一開(kāi)度下的行程與全開(kāi)時(shí)行程之比。

一般來(lái)說(shuō)，改變控制閥的閥芯與閥座之間的節(jié)流面積便可調(diào)節(jié)流量，但實(shí)際上由于各種因素的影響，在節(jié)流面積變化的同時(shí)，還會(huì)發(fā)生閥門(mén)前后壓差的變化，而壓差的變化也會(huì)引起流量的變化。因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性。

該反應(yīng)系統(tǒng)是在銅催化劑作用下，以硅粉和氯甲烷為生產(chǎn)原料，在流化床反應(yīng)器中直接合成粗甲基氯硅烷混合含塵氣體，利用一級(jí)旋風(fēng)除塵器除塵后，合成氣進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)中凈化分離，最終生成甲基單體。

每周期開(kāi)車(chē)前，先用導(dǎo)熱油對(duì)流化床反應(yīng)器硅粉床層升溫，來(lái)自反應(yīng)器粉料氣流輸送機(jī)的干燥粉料，以及來(lái)自氯甲烷氣體過(guò)熱器的過(guò)熱氯甲烷氣體，被導(dǎo)熱油預(yù)熱到合成反應(yīng)開(kāi)始的溫度，在銅催化劑催化條件下，使氯甲烷與硅粉進(jìn)行合成放熱反應(yīng)。放熱產(chǎn)生的熱量被導(dǎo)熱油帶出，用于產(chǎn)生中壓飽和水蒸汽。

反應(yīng)器的導(dǎo)熱油加熱結(jié)構(gòu)分兩部分，反應(yīng)器外部為半管夾套，保證外部熱量分布均勻；反應(yīng)器內(nèi)部為指型管加熱，指型管均勻分布使傳熱均勻，反應(yīng)器開(kāi)車(chē)升溫及正常反應(yīng)冷卻采用導(dǎo)熱油提供和帶走熱量，回收反應(yīng)熱用以副產(chǎn)中壓蒸汽。

開(kāi)車(chē)階段，流化床反應(yīng)器（R-201）需進(jìn)行升溫時(shí)，先向反應(yīng)導(dǎo)熱油罐（D-801）注入一定量的導(dǎo)熱油，開(kāi)啟反應(yīng)導(dǎo)熱油泵，將導(dǎo)熱油送進(jìn)流化床反應(yīng)器內(nèi)部的指型循環(huán)管和外部的半管夾套，進(jìn)行流化床反應(yīng)器的床層升溫。返回D-801降溫后的導(dǎo)熱油，再次進(jìn)行循環(huán)加熱。當(dāng)流化床反應(yīng)器的床層溫度達(dá)到指定值時(shí)，通入過(guò)熱氯甲烷開(kāi)始正常生產(chǎn)。正常生產(chǎn)時(shí)，用導(dǎo)熱油吸收合成反應(yīng)放出的熱量。導(dǎo)熱油進(jìn)反應(yīng)器時(shí)的溫度為250℃，出反應(yīng)器時(shí)的溫度升到260℃。導(dǎo)熱油出反應(yīng)器后直接進(jìn)入反應(yīng)導(dǎo)熱油罐，與反應(yīng)導(dǎo)熱油泵旁路返回的導(dǎo)熱油混合。

反應(yīng)導(dǎo)熱油泵把加熱后的導(dǎo)熱油經(jīng)三通閥（TV-418021A），一部分送到廢熱鍋爐（E-801）；另一部分進(jìn)入流化床反應(yīng)器（R-201）。兩部分的流量是由三通調(diào)節(jié)閥的閥芯同步反向調(diào)節(jié)三通閥的A、B出口的開(kāi)度來(lái)分配，這種流量調(diào)節(jié)方式無(wú)節(jié)流，流阻小，作用在閥上的壓力相對(duì)較小，不會(huì)對(duì)泵產(chǎn)生背壓，使導(dǎo)熱油泵的導(dǎo)熱油流量保持恒定。若流化床反應(yīng)器的溫度發(fā)生變化，溫度信號(hào)經(jīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算，控制三通閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)該閥的閥芯動(dòng)作，從而改變了三通閥的A、B口的開(kāi)度，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。假設(shè)R-201溫度偏高，TIC-418023調(diào)節(jié)器將起作用：一是加大進(jìn)入到R-201中的導(dǎo)熱油流量，以移走R-201中更多的熱量，使溫度降下來(lái)。同時(shí)，TIC-418023還要改變調(diào)節(jié)器TIC-2418021的設(shè)定值，使其輸出變化，從而改變?nèi)ㄩy TV-418021A/B閥門(mén)的開(kāi)度———首先加大進(jìn)入E-801的流量，利用E-801降低進(jìn)入的導(dǎo)熱油的溫度，從而降低R-201的溫度，在E- 801中，利用被加熱的導(dǎo)熱油的熱量，生產(chǎn)1.0MPa（G）的飽和蒸汽，換熱后的導(dǎo)熱油直接進(jìn)入反應(yīng)器；如果出E-801的導(dǎo)熱油溫度偏高，即此時(shí)R- 201的溫度還繼續(xù)偏高，則利用導(dǎo)熱油冷卻器（E2802）處的三通閥（TV-418021B），將導(dǎo)熱油轉(zhuǎn)向旁路去導(dǎo)熱油冷卻器，E-802用循環(huán)冷卻水冷卻，即改變?nèi)ㄩyTV-418021B的B出口，進(jìn)入E-802的油量加大，E-802冷卻后的導(dǎo)熱油與經(jīng)TV-418021A的主流導(dǎo)熱油在靜態(tài)混合器中充分混合后去流化床反應(yīng)器，便更多地降低導(dǎo)熱油的溫度，最終能用導(dǎo)熱油移走R-201中更多熱量，使R-201的溫度回到設(shè)定值上。由三通控制閥（FV-418021）定量控制的導(dǎo)熱油進(jìn)流化床反應(yīng)器半管夾套管，余下的導(dǎo)熱油去流化床反應(yīng)器內(nèi)部指型循環(huán)管束。

在有機(jī)硅單體的生產(chǎn)過(guò)程中，反應(yīng)部分是非常關(guān)鍵的，反應(yīng)器控制得好與壞將直接影響到最終產(chǎn)品———甲基單體的產(chǎn)量和質(zhì)量。由于甲基單體合成的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，合成反應(yīng)的操作溫度需控制在300℃左右，因此及時(shí)把多余的熱量移走，才能保證反應(yīng)的順利進(jìn)行。鑒于該反應(yīng)控制的重要性和關(guān)鍵性，對(duì)反應(yīng)器的控制采用了反應(yīng)靈敏、調(diào)節(jié)速度快且控制性能穩(wěn)定，同時(shí)又不是非常復(fù)雜的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以反應(yīng)器溫度（TT-418023）作為主調(diào)參數(shù)，反應(yīng)器入口的導(dǎo)熱油溫度（TT-418021）作為副調(diào)參數(shù)，2臺(tái)三通控制閥（TV-418021A/B）作為副環(huán)的被調(diào)對(duì)象，當(dāng)導(dǎo)熱油流量、溫度發(fā)生變化，TT-418021 引起波動(dòng)，副調(diào)節(jié)器TIC-418021）立即進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)TV-418021A/B的開(kāi)度變化，改變至廢熱鍋爐及導(dǎo)熱油冷卻器的導(dǎo)熱油量來(lái)達(dá)到不影響到反應(yīng)器溫度的目的。如果導(dǎo)熱油流量、溫度變化很大，影響到反應(yīng)器入口溫度（TT-418021）及反應(yīng)器溫度（TT-2418023）的變化，這時(shí)主調(diào)節(jié)（TIC-418023）的輸出開(kāi)始發(fā)生變化，對(duì)副調(diào)節(jié)器（TIC-418021）來(lái)說(shuō)，它將接受給定值與測(cè)量值兩方面的變化，從而加速了調(diào)節(jié)過(guò)程，但此調(diào)節(jié)過(guò)程依然通過(guò)改變TV-418021A/B的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)。除了上述通過(guò)串級(jí)控制回路來(lái)控制流化床反應(yīng)器的溫度外，還由反應(yīng)導(dǎo)熱油泵的回流流量來(lái)調(diào)節(jié)，加快了調(diào)節(jié)進(jìn)程。

綜上所述，在反應(yīng)導(dǎo)熱油控制系統(tǒng)中采用了3臺(tái)三通控制閥，可以省掉3臺(tái)二通閥和3臺(tái)三通接管，既能簡(jiǎn)單、有效地進(jìn)行控制，根據(jù)反應(yīng)器所需的熱量進(jìn)行流量分配，同時(shí)又能保證半管夾套及指型管內(nèi)的流量穩(wěn)定，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，完全滿(mǎn)足工藝要求。

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