青海云天化国际化肥有限公司转鼓复合肥装置自开车以来，渣酸调节阀存在两个问题：第一，长期小开度运行，阀门开度在5%左右，导致很难控制，无法投自动；第二，阀门衬套冲刷损坏，阀芯腐蚀，导致内漏，甚至阀芯碎裂、卡死导致停车。
前后使用过FLOWSERVE旋塞阀、YADI旋塞阀、SZZ陶瓷阀以及FLYGER球阀，均无法满足长周期运行的工艺要求，具体情况见表1。
表1 阀门使用情况表
2019年3月27日使用AZ笼套型旋塞阀，在运行中周期检查，跟踪运行情况，并无异常；2020年装置度大修，解体检查发现笼套有腐蚀情况，但不影响工艺指标的控制。2020年5月9日更换新备件。AZ笼套型旋塞阀在线运行时长13个月，可以保证装置长周期运行。
对阀门常在小开度运行原因分析
通过查询原设计资料发现，原设计的阀门流量为7.5~30m3/h；而工艺技术人员根据现在装置运行情况给出的工艺流量为3.5~18m3/h，见表2；所以原设计阀门的流通能力偏大，要根据实际工艺参数计算阀门的流通能力Cv值，选择相应的调节阀。
表2 工艺参数表
调节阀长期小开度运行，也导致阀门进口和出口阀座衬套长期冲蚀，衬套损坏，出现内漏，阀门的调节性能更低，导致控制渣酸流量更难。
1、计算调节阀流通能力系数Cv值
由工艺提供渣酸流量调节阀FV-04601工艺参数由表2得知：
调节阀阀前压力：P1=0.8MPa
调节阀阀后压力：P2=0.45MPa
调节阀最大流量：Q=18m3/h
温度选择：T=60℃
渣酸比重：Gf=1.45
①首先判断是否为阻塞流。
判别式：FL2(P1-FF×Pv)
笼套型旋塞阀与V型球阀相近，查表：FL=0.57
渣酸溶液以水估算，查表：60℃的饱和蒸气压：Pv=0.02
查临界压力表：FF=0.95
故FL2(P1-FF×Pv)=0.572×(800-0.95×0.02)=260kPa
因为ΔP=P1-P2=0.8-0.45=0.35MPa=350kPa
及ΔP＞FL2(P1-FFPv)，所以产生阻塞流。
②流量系数的计算
根据计算Cv，从产品标准系列中，选取大于计算Cv值，并最接近一级的阀门。选择Cv值为31的旋塞阀，进行模拟验算开度和流量，能满足工艺操作要求，见表3(数据来自AZ厂家Cv值验算出厂报告)。根据《自动仪表选型规定》(HG20507-1992)，等百分比特性阀门，最大开度≤90%，最小开度≤30%，阀门选择符合规定。
表3 模拟验算开度、Cv值和流量表
表4 原设计阀门和现使用阀门比较表
在实际运行过程中，也得到了验证：例如2021年3月11日，生产硫铵产品时，流量11m3/h，阀门开度65%；其他配方的产品生产，FV-04601运行也很稳定。原设计旋塞阀Cv值172，流通能力超出实际所需值5倍多，平时开度在5%~10%，可调区间太小，又内漏基本无调节功能，全靠手动阀控制工艺指标。阀门Cv值选择太大，也是导致阀门长期小开度运行和无法准确控制的根本原因。
2、旋塞阀门内漏的分析
内漏主要出现在FLOWSERVE的旋塞阀和YADI的旋塞阀，解体检查，都是阀门小开度时，PTFE衬套接液部分损坏，阀芯表面有白色晶体，很难去除。分析有两个原因：第一，在小开度时，介质流速最高，根据介质成分表，含固量在5%~20%，当介质高流速或压力损失和含固体介质流过PTFE衬套时，对其造成冲刷，磨损最严重；长时间在小开度运行，造成衬套损坏，也导致内漏增大；第二，工艺水以渣场回水为主，会有氟硅酸盐产生，如氟硅酸钾和氟硅酸钠性质，均为白色微不溶结晶，几乎不溶于冷水，在热水中水解成氟化钾、氟化氢及硅酸，其水溶液呈酸性，微量结晶体吸附于阀芯，增大阀芯的表面粗糙度，长时间开关调节，会对衬套有磨损。
3、球阀卡死的原因分析
陶瓷阀在使用过程中，随运行时间变长，阀门会出现卡涩现象，阀芯和阀座表面有白色结晶，一个月左右会出现阀座、阀芯碎裂的现象，如图1所示。
图1 陶瓷球阀阀内件碎裂
原因分析：第一，由介质成分表看，介质含有硅酸盐，会随时间有微量吸附阀内件，增大了阀芯和阀座之间摩擦阻力，开关力矩变大，当超过陶瓷阀内件的可承受扭力时，造成阀内件碎裂；第二，在开车过程中，根据管式反应器运行状态，使用中压蒸汽不定期吹扫管道，压力在0.8MPa左右，温度在170℃左右，冷热介质交替，陶瓷和阀体受热膨胀系数不同，导致陶瓷加剧疲劳；第三，介质比较脏，有编织袋，微小颗粒等异物，进入阀体腔室，卡在阀芯和阀座之间，开关力矩增大；第四，介质由于有氟离子，氢氟酸，会对陶瓷有腐蚀性也加速了阀内件的损坏。
4、阀内件腐蚀原因分析
以磷酸为主要原料生产复合肥时，渣酸介质复杂，以渣场回水作为尾洗工序的洗涤液，在预洗槽加入硫酸，在管反槽加入磷酸，配比25%~30%；从介质成分表中看出还有F-、K+、Na+、CL-以及SO42-等离子，对金属腐蚀很厉害，管道材质为904L，FLOWSERVE的旋塞阀、YADI的旋塞阀、AZ旋塞阀的阀体和阀内件材质都是CD4MCu，属于双相不锈钢，耐磷酸腐蚀优于904L。2020年4月份调整生产工艺为半料浆生产法，调节阀FV-04601主要介质调整为MAP溶液，AZ旋塞阀运行15个月后，发现笼套有比较严重的全面腐蚀。仅渣场回水中磷酸的含量＜1%，但是硫酸的量有所增加(0.5~1.0m³/h)，因为904L可以解决硫酸、磷酸的全面腐蚀问题，又可以解决氯化物点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和晶间腐蚀问题，在半料浆生产生产工艺中，阀内件选904L会更耐腐蚀，这需要在今后的使用中去验证。
5、渣酸调节阀选型方面的思考
①调节阀选型Cv值计算要准确
选型首先要根据实际工艺参数来计算调节阀Cv值，进行选型，避免小开度运行。Cv值计算是否准确，主要决定于产品部工艺参数提供得是否准确，必须重视。
②调节阀类型选择要适合实际生产的工艺
渣酸介质中有产生结晶的因子，而且介质中有编织袋碎屑、微小颗粒等异物，所以不能选择球阀。笼式旋塞阀比较合适，第一因为阀芯少量结晶，不会导致与PTFE阀座卡死，PTFE比金属软，又有自润性能和抗变形能力；在PTFE中添加一定比例的玻璃纤维，衬套的抗冲击强度和耐磨损度提高30%，可以在220~250℃长期使用。第二流体经过笼式旋塞阀时，只有内阀芯(笼套)被冲刷，很好地保护了衬套的冲蚀，避免出现内漏，可以长周期使用。如果腐蚀而损坏，也不影响调节阀的正常工作。第三笼式旋塞阀的流道虽有缩颈，但全开时阀芯对介质流通无任何阻挡，与O型球阀相似，介质有杂物，也不会堵塞阀芯。且流路简单，流阻很小，具有高压力恢复能力。
根据阀门运行情况和生产工艺尝试新材料半料浆生产工艺中，对于阀芯的腐蚀，可以尝试904L材质的阀内件；也可以尝试阀内件喷涂特种陶瓷，提高抗冲蚀强度和耐腐蚀能力。
5、小结
转鼓复合肥装置渣酸调节阀FV-04601选笼式旋塞阀，适合本装置的长周期运行；对于阀内件的腐蚀，要继续收集工艺数据，进行分析，并尝试新材料。
作者：祁维军和胡彦文(两位作者现供职于青海云天化国际化肥有限公司)
