尿素合成塔出口压力调节阀（P4阀）是尿素装置的关键设备之一。由于其工况恶劣，在使用中存在着严重的冲刷、腐蚀、泄漏等问题，最终导致尿素装置多次停车。目前国内使用情况表明，P4阀的使用寿命仅半年（包括进口阀），而且使用期间多次停车，通常必须经维修及更换阀内件后方能正常运行。

一、技术参数

尿素合成塔的介质主要是：尿素液、甲铵；使用温度为≤200℃。合成塔出口压力调节阀参数为：

调节阀口径：DN=32mm

阀座直径：d=22mm

进口压力：P1=20MPa

出口压力：P2=1.7MPa

二、阀门损坏形式及原因

阀门结构如图1所示。其损坏形式及原因有以下几种：

1、阀芯及阀座腐蚀严重，造成阀门泄漏超标

P4阀阀内件材料通常采用316L（尿素级）奥氏体不锈钢，该材料在尿素-甲铵溶液中其耐腐蚀性虽然优于普通316L，但在非敏化态和敏化态晶间腐蚀及材料性腐蚀等方面仍存在较大的腐蚀。另外该阀压差较大（18.3MPa），尿素液流经阀门时流速很高，对阀芯的冲刷较为严重。同时阀芯的腐蚀造成阀芯头表面粗糙不平，使阀芯冲刷加剧，最终破坏密封副。另外由于阀芯及阀座磨损，引起调节阀的调节精度下降，造成生产成本增加。
　　
2、阀杆脱落，造成阀门无法调节。

在图1中，阀杆与阀芯用螺纹连接并用圆锥销铆死。使用中，为了保护系统不被尿素液腐蚀，通常开车前在管道内通入氧气，由于阀芯与阀杆螺纹间隙较小，氧气不能进入，而高压介质却能渗入，因此造成螺纹副缺氧，加速腐蚀，导致阀芯与阀杆脱落。

3、阀座与导向套偏心磨损，使阀门产生较大的振动及噪声。

如图1所示，介质流经阀座后，流向改变90°，介质从侧面流出。由于进口压力远远大于出口压力，阀芯杆水平方向的不平衡力较大，促使阀芯总是向出口摆动，造成阀座及导向套靠近出口的一边磨损较为严重，导向间隙增大，引起振动。

4、上、下阀盖与阀体密封副不可靠，造成阀门外泄。

该密封处采用金属锯齿垫密封，在检修时发现阀体密封面已被压成锯齿状，这是由于材料硬度低，造成受压后阀体密封面损伤，更换备件后，很难保证密封严密。另外在使用中锯齿垫，上锯齿尖容易被腐蚀掉而失去密封性。

三、阀门结构改进

改进后的阀门结构如图2所示。主要从以下几方面进行改进：
　　
1、阀体及阀内件均采用耐腐性更好的双向不锈钢00Cr25Ni20Mn3Mo3N。根据有关资料，采用休氏（Huey）法做晶间腐蚀实验，结果表明316L（尿素级）不锈钢的每个周期平均腐蚀率为≤3.3μm/48h，选择性腐蚀深度为≤200μm。而00Cr25Ni20Mn3Ni3N每个周期平均腐蚀率为≤1.5μm/48h，选择性腐蚀深度为≤100μm。另外在阀座进口处加节流孔板（2 级节流），使阀座出口处的压力降至7MPa左右，介质流速降低，大大减小了流体对阀芯密封面的冲刷。

2、阀杆与阀芯加工成一体，防止阀杆与阀芯因腐蚀而产生断裂及脱落现象。

3、在阀体的上腔增加一上套筒，并在套筒周围均匀地开菱形小孔，其作用是：一方面可以节流，与阀座节流孔板形成3 级节流，将阀后压力降至2MPa 以下。另一方面可有效地防止因介质流向改变而引起阀座不平衡力的产生，减小导向套及阀座的磨损，避免振动。值得注意的是上套筒所开小孔不可太小，否则容易产生阻塞流，使阀门流通能力不够。同时小孔也不可太大，否则起不到节流作用，无法有效降压。

4、将上阀盖及下阀盖与阀体的密封改为透镜式密封，取消锯齿垫密封，由此可避免阀门外泄的发生。

四、结论

改进后的P4阀投入使用后运行效果很好。阀门冲刷、腐蚀和泄漏得到了有效防止，振动和噪声也明显降低。运行一年后，基本上没发生任何故障。

 

                                  

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