温敬鸿
安徽实华工程技术股份有限公司上海分公司，上海，200129
摘要：沸腾床急冷水过滤系统中主要测量控制对象（急冷水、再生液）中含有催化剂等杂质，在自动化仪表选型中应着重考虑含固量较高的因素。本文阐述了该工况下几种关键仪表和控制阀的选型要点，旨在通过相关的深入分析和论述，为工程技术人员提供一点启示。
关键词：MTO；沸腾床；含固液体；仪表选型
甲醇制烯烃工艺（MTO）近些年发展迅速，多套MTO装置自开车以来，生产较为平稳，对保障低碳烯烃稳定供给具有重要意义。但随着装置的运行，多数MTO装置中均存在急冷水循环系统中固含量过高的问题，造成系统换热器、空冷器堵塞，换热效果下降，需频繁清洗。MTO产品气会夹带部分催化剂颗粒，这些颗粒通过三级旋风分离器进行回收。但由于旋风分离器的分离局限性，部分粒径较小（平均粒径约3~5μm）的催化剂细粉会随产品气进入后续水系统。这些细粉经急冷塔洗涤下来，留在急冷水循环系统中。MTO急冷水过滤器大部分使用的为金属烧结网滤芯，孔径一般为0.2~0.5μm。但由于急冷水中催化剂粒径分布较宽，仍有部分颗粒粒径小于过滤器滤芯孔径，进入滤芯孔道内部，造成滤芯堵塞，反冲洗困难，导致大部分MTO急冷水精密过滤装置难以正常运行。
沸腾床急冷水过滤技术利用分离媒质的惯性碰撞、截留及吸附作用，实现小颗粒催化剂分离；吸附饱和后，采用沸腾床方法再生，通过水气再生，并利用三相分离器中的旋转流场，使分离媒质流化、洗涤、分离、沉降分层，释放催化剂颗粒，形成再生液排出沸腾床，最终达到急冷水过滤除固的目的。
本文着重针对沸腾床急冷水过滤系统中急冷水和再生液等含固体颗粒介质工况下仪表及控制阀的设计选型原则及思路等进行论述，供广大工程设计人员参考讨论。
1?选型原则
沸腾床过滤系统中的急冷水中含固量在200mg/L水平，再生液中含固量在2g/L水平。在此类含有催化剂固体颗粒等杂质的急冷水和再生液工况，一些常用的自控仪表及阀门无法避免堵塞、磨损等问题，所以在仪表的选型过程中需要着重考虑这方面的因素，同时需要兼顾以下几点：（1）仪表的可靠性，这一点是自动仪表选型的重中之重；（2）仪表选型的经济合理性；（3）仪表投用后的易维护性，为用户后续的工作提供便利。
2差压测量仪表
急冷水入口和出口的差压值能够反映出分离媒质床层的截污情况以及判断过滤器再生效果，因此需设置测量急冷水入口和出口的差压仪表。如果使用导压管进行差压值的取压测量，系统长期运行将会导致催化剂颗粒在导压管内的沉积堵塞，因此应选用带毛细管的双法兰隔膜差压变送器，在管道取压口采用法兰形式连接毛细管，法兰接管的口径选为DN80，这样导压和防堵塞效果都较为良好。另外考虑到颗粒物的磨蚀性，膜片材质推荐选择哈氏合金。
为方便仪表维护检修时的拆装，应在膜片法兰与接管法兰之间加装一次根阀，但因此也会导致膜片处于急冷水流通的末端，催化剂颗粒易吸附并积聚在膜片上，影响到变送器的感压测量效果。为解决这个问题，可以在膜片与根阀之间加装冲洗环，使用冲洗水定期通过冲洗环对膜片进行冲洗，保持膜片的清洁，以确保膜片能够正常感压。冲洗环材质方面可考虑使用316不锈钢，并且要厚度合理，使其能承受含固液体和冲洗水的频繁冲刷。
3流量测量仪表
沸腾床过滤系统通过流量的测量确定设备的急冷水处理量，以及再生、正洗时的流体流速，因此需要在沸腾床的急冷水进出口管道上设置流量计。在含有催化剂固体颗粒的急冷水和再生液工况，一些常用的流量计例如差压孔板、涡街、电磁流量计等无法避免堵塞、磨损等问题，因此选用了楔形流量计。
楔形流量计是根据伯努利公式，利用流体在流动过程中遵守能量守恒定律,即动能和静压能之和不变，以流体通过起节流作用的圆缺楔形块时产生压差的原理而进行流量测量的。楔形流量计由两块平板制成，这两块平板在临界角上焊接在一起，然后插入槽内，差压引出管在位于楔形片中心两边等距离的地方。当流体流经V形节流块时，流通面积减少，流速增大，静压减小，从而产生静压力差。由于压差的平方根与流量成正比，所以通过测量的差压值即可计算出管道中介质的流量。由于楔形流量计检测件是一个V字形楔块，它的圆滑顶角朝下，这样有利于含悬浮颗粒的液体流经时的畅通，不会沉积和附着杂质，提高了测量的准确性且便于维护，因此适合应用在急冷水过滤系统中进行流量测量。
楔形流量计由节流件和变送器两部分构成，有分体式和一体式两种选择。
选用一体式结构，由流量计厂家将变送器集成在节流件上安装在一定程度上可以节省仪表在现场的占用空间，并且使现场安装工作更为便捷。同时，差压变送器应参考上一章中差压测量仪表，选用法兰隔膜毛细管形式进行取压，并在变送器取压根阀处设置冲洗环，定期进行冲洗，避免颗粒物的堆积影响测量效果。
4气动开关阀
5.1急冷水工况：
根据自动化仪表选型设计规范，球阀、闸阀和蝶阀均可用于开关阀，对用于公称通径DN≤200的阀门宜选用球阀或闸阀。在急冷水工况下，由于含固量在200mg/L的较低水平，所以最初的系统设计中该工况下选用了气动O型直通球阀。但经过实际应用发现，系统在运行一段时期过后，催化剂颗粒等固体杂质在阀芯和阀座之间堆积过多，造成了阀门动作卡涩、无法紧密关闭的情况，这是O型球阀的结构，即球形阀芯与阀座的接触面过大，内部缝隙容易积聚固体颗粒物所导致的，无法进行有效避免。分析原因之后，在后续其他项目上将急冷水工况下的此类阀门选型为三偏心蝶阀，蝶板和阀座的金属密封接触面较小，在阀门关闭过程中可以将接触面上的固体颗粒进行刮除，所以有效避免了此类问题的再次发生。
5.2再生液工况：
在再生液工况下，含固量在2g/L的水平，固体颗粒的含量较高，为了进一步保证阀门的密封性能，在这种固液混合状态介质的工况下选用了采用弹簧内撑结构的气动平行式双闸板闸阀。该阀在开关过程中阀板与阀座呈剪切运动，可以防止密封面之间挤进固体颗粒造成拉伤，且能够刮除密封面上粘结的残留杂质，保护密封面不受到损坏。同时在阀体上端设吹扫孔（从附件气源管处引进气源），并在下端设排污孔。当阀体中腔积攒杂质较多时，通过上端进气吹扫、下端排污的方式进行清扫阀门。因此，该阀可以满足介质为含催化剂颗粒物的急冷水工况下的使用要求。
另外，由于现场设备布局紧凑，而气动阀门安装占用空间较大，所以部分气动阀门需要在竖直管道安装。但平行式双闸板闸阀的闸板重量大，竖直安装时闸板与地面平行，由于重力作用在开关过程中与阀座的摩擦力将变大，阀门开关动作次数过多后必然会损坏闸板和阀座之间的密封，同时造成阀杆的损坏变形，最终导致阀门无法正常开关。为解决闸阀不能竖直安装的问题，在平行式双闸板闸阀的阀体内腔两侧焊接闸板导向筋，起到对闸板组件的定位作用，可防止阀门在运动过程中阀板偏移造成阀门不能正常开关的问题。
综上所述，此平行式双闸板闸阀可用于含催化剂颗粒物较多的再生液工况，并可竖直安装。
5气动调节阀
沸腾床入口急冷水和水气再生过程中排出的再生液需要进行流量控制，针对该工况下的流量调节选用了气动偏心旋转阀。
偏心旋转阀工作原理是一个偏心转动的扇形球阀，利用偏心球冠与阀座相切，打开时，球芯脱离阀座；关闭时，球芯逐步接触阀座，使球对阀座产生压紧力。这种阀门的阀芯的回转中心与旋转轴非同心，因此可有效避免阀座的磨损，延长使用寿命；阀芯后部设有一个导流翼，有利于流体稳定流动，具有优良的稳定性。同时，还具有流量大，可调范围广的优点。
偏心旋转调节阀阀体内部结构简单，对流体产生的阻力小，在相同口径下，相比单座、双座等形式调节阀的流通能力更强，但重量却要小很多。偏心旋转阀运动方式为旋转式，密封性能较好，泄漏量少，同时输出力矩和刚度大，在同等前后压差下工作更加可靠。偏心旋转阀芯、阀杆只作旋转式运动，所以在开关动作中只承受很小的摩擦力，当阀芯和阀座贴合关闭时，阀芯在执行机构推力的作用下产生微小弹性形变并涨紧，使阀芯与阀座接触更为紧密牢固。
在调节过程中，再生液内的固体颗粒杂质会随着流体的流动被冲走，不会残留在阀门内部，即使有少量的吸附或沉积，因为执行机构的输出力足够大也可以克服。所以一般不会因此产生阀门卡涩的情况。另外，因为阀体重量轻，在拆装的时候也很方便。
6结束语：
合理的仪表、阀门选型为系统长期安全稳定运行提供了保障。在沸腾床急冷水过滤系统的自动化仪表设计选型过程中，应充分考虑到固体颗粒物等方面因素对仪表带来的影响，避免仪表和阀门的堵塞、磨蚀和机械卡涩，确保测量和控制的精准，同时还要考虑到经济性和易维护性，结合系统特点和工艺流程要求，选择最适合的仪表。
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