解决聚合物排放系统（PDS）中的阀门挑战新闻中心METSO美卓智能阀门定位器

三十多年来，Bernard Horsfield一直在向工厂所有者提供如何在欧洲和中东的PE设施中改善阀门性能的建议。他为Valve World慷慨地提供了关于聚合物排放系统（PDS）中关键服务阀门的“经验教训”的个人概述。

在这篇文章中，我将讨论在气相流化床聚合反应工厂中找到的聚合物排放系统（PDS）中使用的阀门。气相聚合是生产高质量聚乙烯（PE）等级的灵活方式。

QQ图片20240505214003

典型的气相反应器

事实上，气相工艺技术代表了世界上***大的PE足迹。PE生产用于日常产品的各种商品和**树脂，包括食品包装，塑料瓶，娱乐设备，管道和大型商业商品。

气相工艺的一个优点是可以相对轻松地将反应聚合物与未反应的单体分开。这个过程还使得可以从一个反应器生产不同类型和等级的聚合物。在反应器中，气态单体，共单体和专有催化剂结合产生干燥的聚合物树脂。这种树脂以及碳氢化合物蒸气，未消耗的催化剂，以及可能的聚合物片和块从反应器流动到PDS，其中未反应的气体与产品分离并返回到反应器。然后将树脂产品喂入下游，在那里用氮气冲洗以中和任何剩余的吸附碳氢化合物。***后，颗粒聚合物被造粒。

PDS通常由若干容器以及各种阀门和管道组成。阀门为PDS提供控制，隔离，排气和循环。所有这些阀门都被分类为关键控制元素。

阀门设计问题

我曾经为一家***的阀门制造商提供与气相聚合反应器有关的技术支持，终端用户在当时进行了重大投资，因此我广泛地访问了欧洲和中东的各个工厂。由于技术发展，新催化剂的引入以及生产能力的增加，设备供应商的时代充满了激动人心的时刻。然而，这样的变化使得像阀门这样的设备负荷较大，从而导致问题。因此，我与我们的工厂合作解决了侵蚀和冲击的问题。

我们尤其关注安装在PDS中的阀门。在寻找意外故障时，我们意识到聚合物粉末正在进入当时使用的软座球阀下面。这导致了循环阀门所需扭矩的显著增加。如果不解决，阀门将会卡住。

我必须在这一点上解释，冲击的主要问题并不仅仅是粉末，这种粉末为了更好的描述类似于洗衣粉。当这种粉末离开反应器时，由于催化剂的存在，它可能仍在从单体变为聚合物的过程中。真正的问题在于，一旦这种介质进入腔体后的生长。如果被困的聚合物继续“生长”，它可以对组件施加巨大的负载。在我早年，我亲眼看到多个例子，其中聚合物排放阀门被严重侵蚀了内部零件，并且腔体完全充满了催化剂。

当时的阀座是由碳填充的PTFE制成的，回想起来总是会有问题。幸运的是，我们找到了一个来自美国的解决方案，这个解决方案可以在阀门操作期间更牢固地固定阀座。

后来，行业转向使用配有PEEK插件以实现气泡密封的支承式金属座球阀。配备高循环执行器，这些是许多聚合物生产商的阀门之选。防聚合物的金属座防止阀门卡住，抗磨损特性可以承受现今聚合物生产厂中发现的硬聚合物和磨损催化剂。

回到 90 年代，碳化钨涂层又向前迈出了一步。当时该技术仍处于起步阶段，许多涂层球在生产后由于破裂、上光或剥落而不得不立即被拒绝。凭借坚持不懈的努力，我们设法消除了所有问题，但这需要相当长的时间与供应商密切合作。

阀杆泄漏

阀门通常每两年进行一次维修。

像大多数工程设备一样，一旦您修改并改进了一部分，您就将负荷移到下一个***弱的点。在这种情况下，表现为填料和阀杆泄漏。我们已经达到了更高的循环容量，而填料无法应对。

当时，由石墨组成的压制形成的填料环是公司的标准。然而，当这些在聚合物排放阀中被证明无效时，采用了PTFE V形填料组。当时，我们使用了浮动球和半浮动球，后者是支承安装的。两种设计都有独立的杆/填料组件。

我为什么要告诉你这个？因为解释我们是如何在使用了完整的PTFE菱形填料组也同时实现了防火安全是很重要的。

我们设计的原则是，当填料在火灾中退化或失效时，杆会在压力下稍微向上移动（作为参考，即使在像10“浮动球阀这样的产品上，移动也只有几毫米）。然后，阀杆会与阀体创建金属对金属的接触，有效地阻止介质的可能逃逸。

当我在欧洲的一个工厂工作时，我亲眼看到了许多由于冷流压缩而变成固态PTFE块的填料组。

为了了解这是如何发生的，我们需要考虑带有旋转阀杆的阀门中使用的填料所经历的静态和动态负载。外径密封静态阀体，而内径则密封旋转表面。不用说，在此应用中，V 形在内径上磨损得非常快。压盖环的持续收紧以及工艺温度意味着原始 PTFE 的“冷流”也是生产固体 PTFE 块的一个因素。

到现在为止，客户正面临着来自法国当地政府的巨大压力，以消除乙烯泄漏到环境中。因此，我们需要尽快找到一个解决方案。作为设计工程师和关键终端用户的技术支持，我能够建立自己的测试单元并试验我组装的一些设计。

由于PDS阀的阀杆和填料是一个卡式设计，我并不必须在测试中使用完整的阀门。阀门压力在这种故障中并未发挥作用，这完全是由于填料负载，温度和工作周期。

我的其他行业经验发挥了作用，并且开发了使用专门为静态/动态负载设计的密封以及标准填料组的解决方案。我亲自交付了***个阀杆组件，重达12公斤。顺便说一句，我把它当作手提行李带上了飞机；我非常怀疑现在是否会允许这样做。幸运的是，装配非常成功，设备的生产产量达到了高位。

QQ图片20240505214633