国产高压蝶阀在大型合成氨装置中的应用
李启勇
（瑞星集团股份有限公司，山东 东平271509）
［摘 要］简介国产高压硬密封调节蝶阀在600 kt/a合成氨装置合成气循环回路及合成塔温度控制环节的应用情况，着重阐述高压蝶阀的结构设计、材料选用、加工流程、执行器配置、耐压试验及其性能特点。
［关键词］ 合成氨装置；高压蝶阀；结构设计；耐压试验；性能特点
［中图分类号］ TQ 113.25+5 ［文献标志码］ B ［文章编号］1004-9932（2015）04-0037-02
1 概 述
2014年10月瑞星集团股份有限公司600 kt/a低压合成氨装置成功投运。该装置已经连续4个多月满负荷运行，表明国产化大型低压合成氨工艺技术已达到国际领先水平，创相同气体条件下单套装置合成氨日产量的世界之最，为我国合成氨工艺技术的大型化、国产化开辟了一条新路。目前，氨合成系统循环气中甲烷含量为15.1％，合成压力为13.65 MPa，系统阻力为0.86 MPa，平均日产合成氨2 112 t。
装置控制阀部分采用了由成都斯杰化工机械有限公司自主研制的高压硬密封调节蝶阀,应用在合成气循环回路以及合成塔温度控制环节，保障了装置的成功运行。
合成塔温度的控制是合成氨装置中一个重要环节，从热交换器来的合成气送入合成塔，对合成塔进行温度控制，这个工段需要调节阀进行自动控制，因为要保证管线的升温，对阀门的泄漏具有一定要求，且该管线并无副线，故设计院选用了高压硬密封蝶阀。我国高压硬密封蝶阀的生产在很长一段时间内为空白，类似工况所用的高压硬密封蝶阀一直都从国外进口。
高压硬密封蝶阀不同于普通阀门，既要满足高压的工况又要具备蝶阀的工作性能。成都斯杰化工机械有限公司在承接了瑞星集团股份有限公司600 kt/a低压氨合成系统高压硬密封蝶阀加工委托后，通过对国外高压硬密封蝶阀技术的消化吸收，结合多年的技术沉淀，从产品结构设计、材料选用、加工流程等方面进行了突破性的改进，现简介如下。
2 结构设计
600 kt/a氨合成系统高压硬密封蝶阀工艺参数：
介质 合成气
温度 39.66～249.44 ℃
阀前压力 15.15/15.90 MPa
阀后压力 15.10/15.87 MPa
公称压力 PN250
公称通径 DN150/DN400
流量系数 KV580/4350
如果在中压蝶阀结构基础上加粗、加厚相关零部件，增大配置来满足压力等级需要，那么阀门在使用之初也能满足工艺要求，但随着使用时间加长，关键部件在高压介质作用下容易受损，由此产生的强大作用力会对阀门产生破坏性损伤，故采用普通蝶阀结构存在很大风险，其改进必须消除一些潜在的危险，具体列举如下。
2.1 阀 杆
传统的中、低压调节蝶阀阀杆一端伸出填料函与执行器连接，阀杆的另一端通过端盖封闭在阀体内，阀杆直接连接到填料函，这时阀杆的密封通常采用一个橡胶O形圈或一层石墨环密封［见图1（a）］，在高压环境中使用一段时间后，由于O形圈、石墨环寿命方面的原因，会导致密封失效，管线内的高压介质会窜至阀杆端面，阀杆端面将承受极高的作用力。如：工作压力为15.83 MPa，阀杆直径为35 mm，则阀杆端面受到的作用力为152.23 MPa。如此大的作用力直接作用在阀杆端面，轻则导致阀杆弯曲，顶开执行机构，如果瞬间爆发，阀杆会像子弹一般冲出阀体，阀门遭受毁灭性破坏。 考虑到高压环境的特殊情况，高压硬密封蝶阀的阀杆采用单根上下直通整体结构，不采用上下双阀杆结构；将阀杆两端均伸出填料函［见图1（b）］，一旦由于填料寿命原因造成泄漏，阀杆端面也不会受到巨大的作用力，从而消除上述端面作用力对蝶阀的破坏。
更多内容请见《中氮肥》2015年第4期