项目名称：伊朗84000Nm3/h 空分装置
项目时间：2015年8月
项目地点：伊朗
伊朗84000Nm3/h 空分配套阀门的设计选型在保证安全的前提下，考虑到工艺流程调节的稳定性，降低整套项目的配套成本，降低空分设备的能耗等要素。阀门计算选型在理论上要兼顾这些选型要素，在应用实践中再进一步去检验阀门的使用效能，为低温制冷及石油化工行业大型设备的阀门选型提供可参考的实际经验。
目前60000Nm3/h 等级及以下规模的空分设备技术日益成熟，运行的设备也较多，阀门设计选型已经成熟，但是对于超大型空分设备（大于60000Nm3/h）阀门的选型不是简单复制扩大常规空分设备的阀门，因此在设计选型方面需要全面整体考虑，阀门的材质、内部构造、调节特性及密封特性等都要根据使用工况，科学合理的选择阀门，使空分装置操作方便、控制容易，能够长期安全稳定的运行。阀门选型直接关系到生产安全，关系到系统的调节性能，进而影响产量、质量和投资费用，因而选型是该设备正常运型的关键要素。
无锡凯尔克在空分领域中积累了丰富的经验，以下为我们在该项目各系统中阀门的选型经验。
（1）预冷系统
空分设备上的预冷系统控制空冷塔液位的阀门（LV500401）通常选用GC120 套筒单座调节阀，该阀可以避免循环水杂质堵塞，流体压力平衡式阀芯结构具有大容量、动态稳定性优良的特点，是适合苛刻工作条件的高性能调节阀，不会因流体对阀杆作用力不均衡而损坏阀杆。调节阀有
等百分比和线性流量特性，能够很好满足液位调节的要求。常规及大型空分设备一般选用≤ DN300 的GC120 或GC210 套筒调节阀实现控制要求。但是超大型空分设备工艺参数计算的Cv 值太大，需要选用DN450 的GC120 套筒单座阀，其造价过高。考虑空冷塔容积较大，液位变化较缓并且滞后，对调节性能要求较低，改用DN400的BT210 高性能蝶阀替代套筒单座阀，满足了液位调节的要求。
（2）分子筛：
分子筛均压阀HV500607 用一个BV120直通全腔型球阀，阀芯为固定球型，计算阀门需要选用300mm 口径的球阀，由于大口径球阀在小开度时介质流量较大流速过快，对床层冲击力较大，而且成本太高，现改用两个口径分别为DN200 和DN150 的BV120 口径球阀组合。分子筛加热器用蒸气加热器，污氮气经过加热器加热后温度最高达到250 ℃，故而阀芯球体双向软密封环材质选用耐250℃的高温碳纤维强化聚四氟乙烯。
分子筛系统冷吹阀（HV500617）计算流通最大Cv 值约为1640L/s，设计选用BT210 的DN1000 口径蝶阀，带智能定位器，阀门设计为开关特性，带机械调节螺钉，阀门在40°～ 90°范围最大开度可调。因为分子筛加热阶段，污氮气经过加热器加热。由于加热管路较长，并且分子筛吸
附器的水分析出，因此加热时管路阻力较大，精馏塔上塔压力较高。加热阶段结束，进入冷吹阶段，污氮气不经过加热器管路直接进分子筛吸附器，因此管路阻力显著减小，由于阻力变小，导致精馏塔上塔压力显著变小，精馏塔工况发生剧烈波动。为保证空分工况稳定，冷吹阀门需要加上机械调节螺钉，限制开度，将加热和冷吹阶段管路阻力调节到尽量平衡状态。
（3）精馏塔系统
空分设备精馏塔下塔液氮回流阀（HV501511A/B）通常由蝶阀组成，控制下塔的回流比。由于蝶阀为近似等百分比特性，调节线性度差，而超大空分设备的精馏塔下塔容器较大，在回流量特别大情况下，下塔精馏工况依靠蝶阀较难稳定，所以选用蝶阀和调节阀组合。液氮分成两路回流，选用BT210 蝶阀和GA510 低温角阀。低温角式单座调节阀比蝶阀调节性能好，对下塔工况调节比蝶阀稳定。
（4）氧气输送系统
出冷箱氧气产品分两路从氧气管网送出， 氧气阀门（HV501201 和HV501202）的选取关键在于氧气流速的限制和阀门材质的选取，指出，管道中氧气的最高允许流速，根据管道材质和工作压力，不应超过规定，3.0MPa ＜ p ≤ 10.0MPa。不锈钢材质，适用于p×υ ≤ 15MPa m/s 撞击场合或p×υ ≤ 80MPa?m/s 非撞击场合。最高允许流速v 是指管系最低工作压力与最高工作温度时的实际流速，铜及铜合金（含铝铜合金除外）和镍及镍铜合金，在小于或等于21.0MPa 条件下，流速在压力降允许时没有限制。当0.6MPa ＜ p ≤ 10.0MPa，阀门材质选用不锈钢，铜合金或者不锈钢与铜合金的组合，镍和镍合金。阀门可以视为节流的管道元件，按照这个规定选择阀门材质。阀门通常选用蒙乃尔合金，其纯氧下燃点450℃以上，具有阻燃防爆特点。蒙乃尔合金是镍基耐蚀合金中的镍铜系合金，典型成分是70%Ni 和30%Cu，既具有较高的强度和韧度，又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能。
送出阀旁通阀选用GC120 DN40 气动薄膜套筒调节阀，计算流速≥ 15m/s，故阀体以及阀内件全部选用蒙乃尔合金。气动薄膜套筒调节阀使用流体压力平衡阀芯，阀芯有2 个小孔，使阀芯上下腔流体压力平衡，阀杆受力均匀，调节快速稳定，防止阀杆在高压下被顶开或受损，避免了调节时产生振动。氧气放空阀（PV501203） 前后压差3.59MPa，氧气流速快，阀体以及阀内件选用蒙乃尔合金，阀后设置铜合金阻火器。
（5）循环系统
超大型空分设备为内压缩流程，3 台循环液氧泵。液氧泵回流阀（PV501603A/B/C）阀前压力0.74MPa，阀门前后压差0.55MPa，选用GA510 低温角式调节阀，阀内件是V形单座形式。由于液体回流阀前后压差大，易产生闪蒸和气蚀，因而阀芯材料为司太莱合金，阀座材料为不锈钢整体堆焊钴基硬质合金。V － PORT 阀芯能够对流入液体起到分流作用，因此耐高压差，降低气蚀对阀芯的损坏。给液氧产品加压到管网压力要求值，需要高压液氧泵，其回流阀（PV501403A/B/C）阀前压力4.77MPa（A），阀门前后压差4.29MPa。选用GC320 多级降压式套筒导向型调节阀，流体压力平衡型阀芯，阀芯、阀座和多级套筒均选用蒙乃尔合金，控制流经阀内件的流体速度，大幅降低噪声，有效防止液体产生的气蚀现象。
循环液氧泵进口阀（UV501601A/B/C）选用BT310 低温三偏心蝶阀，阀门前后压差0.002MPa。进口为铝法兰，出口为不锈钢法兰，能够实现快速关断功能，保证紧急状况下液氧泵和空分设备的安全。高压液氧泵进口阀（UV501401A/B/C）也选用低温三偏心蝶阀。
高压空气节流阀（HV501015A）阀前压力7.15MPa，阀门前后压差6.55MPa。选用GA510 低温角式多级降压调节阀（776CJ150Ma），阀芯采用多级带孔套筒形式，迷宫结构，流体介质通过迷宫套筒，降低流速，有效降低流体产生闪蒸和气蚀现象的发生。阀芯不锈钢部分堆焊硬质合金，阀座整体堆焊硬质合金，阀芯外环绕一圈防尘不锈钢罩，可以有效防止杂质堵塞阀芯。