1150度高溫蝶閥在催化裂化裝置應(yīng)用

                         1150度高溫蝶閥在催化裂化裝置應(yīng)用

                              上海申弘閥門有限公司

之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥工作原理，現(xiàn)在介紹1150度高溫蝶閥在催化裂化裝置應(yīng)用摘 要：中石化南陽能源化工有限公司催化裂化裝置一再煙道副線高溫蝶閥，在使用過程中，出現(xiàn)打開困難，多只能開至全程的40%，造成后部CO鍋爐檢修時煙氣憋壓，給CO鍋爐檢修帶來了安全風(fēng)險。通過閥門再造技術(shù)，修復(fù)了損壞配件，投運正常。再造費用是新閥價格的1/3，節(jié)約了閥門購置資金。催化裂化裝置煙氣輪機入口閥包括切斷閥和調(diào)節(jié)閥兩類,包括氣動鑄造式和電液單面金屬硬密封焊接式高溫平板閘閥、臺階式和三偏心高溫蝶閥以及新研制應(yīng)用的偏心凸輪軸高溫切斷型蝶閥等型式.文章從結(jié)構(gòu)特點、密封性能、應(yīng)用狀況等方面進(jìn)行了分析比較,并對閥門的配置提出了建議.
1150度高溫蝶閥在催化裂化裝置應(yīng)用關(guān)鍵字：催化裂化 高溫蝶閥 再造



0 前言
閥門作為控制流體介質(zhì)的流量、流向、壓力、溫度的機械裝置，是管道系統(tǒng)中的基本組成部件，廣泛應(yīng)用于石化、天然氣、熱電、水利、給排水等行業(yè)。閥門在使用過程中由于磨損、氧化、腐蝕、沖蝕、變形等原因會出現(xiàn)故障和失效，在閥門再造工藝發(fā)明和推廣以前，失效的閥門大多是拆下來后直接更換為新閥門，新閥門購置費是構(gòu)成工廠維修費用的重要組成部分。閥門的部分零部件失效而更換整個閥門是不經(jīng)濟(jì)的。特別是煉油廠催化裂化裝置的煙道高溫蝶閥，屬于特殊閥門，在生產(chǎn)中占據(jù)重要位置。因其工作環(huán)境惡劣，材質(zhì)特殊，故價格昂貴。煉油廠催化裂化用超高溫蝶閥技術(shù)含量高，設(shè)計及制造難度大，造價高，開發(fā)該類閥門可提高企業(yè)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。該類高溫蝶閥按使用工況可分為煙機入口高溫調(diào)節(jié)型蝶閥、煙機入口高溫切斷型蝶閥、煙氣旁路高溫蝶閥和煙氣余熱回收系統(tǒng)的冷壁（襯里）蝶閥四種。應(yīng)用于煉油廠催化裂化裝置動力回收系統(tǒng)煙氣管道調(diào)節(jié)、切斷用。介質(zhì)：催化劑煙氣（煙氣含塵密度小于0.2kg/m3，煙氣中催化劑顆粒大于10μm的應(yīng)在總含塵量3%～8%），設(shè)計壓力0.26MPa，設(shè)計溫度<923℃，公稱通徑DN1600。本文主要針對煙氣余熱回收系統(tǒng)的冷壁（襯里）蝶閥（見圖1）的研制進(jìn)行了介紹。
1 煙道高溫蝶閥存在的問題
中國石化股份有限公司南陽能源化工有限公司（以下簡稱南陽能源）0.2×106t/a催化裂化裝置由四川石油勘察設(shè)計院設(shè)計，并于1992年12月建成投產(chǎn)。1994年12月由華東勘察設(shè)計院改造成為0.25×106t/a高低并列式重油催化裂化裝置，新增燒焦罐和第二再生器（以下簡稱二再），再生方式為兩段再生，*再生器（以下簡稱一再）為貧氧再生，CO組成為7.8%；二再為富氧再生，O2為9.2%（體積百分比）。一再煙氣和二再煙氣進(jìn)入CO鍋爐混合燃燒，發(fā)生1.0MPa蒸汽后煙氣排入煙囪。一再煙道、二再煙道的正副線均設(shè)置有高溫蝶閥。一再煙道副線高溫蝶閥，公稱直徑為DN800，設(shè)計壓力為0.3MPa，設(shè)計溫度750℃，大開度90°，介質(zhì)為含微量催化劑煙氣，閥體內(nèi)部襯有龜甲網(wǎng)的雙層襯里（隔熱襯里和耐磨襯里）；蝶閥帶有手動和電液執(zhí)行機構(gòu)，可以手動控制和電液控制。出廠日期為2006年4月。該蝶閥運行至2013年5月份時，因為搶修CO鍋爐需要切除煙氣到CO鍋爐的正線，打開煙氣副線蝶閥，發(fā)現(xiàn)只能在全開度的0～40%范圍內(nèi)活動（經(jīng)解體后發(fā)現(xiàn)的具體故障見本文3.1），CO鍋爐檢修時，一再煙氣憋壓，煙氣穿透一再正線水封進(jìn)入CO鍋爐，給CO鍋爐檢修帶來極大安全風(fēng)險。CO鍋爐運行中，煙氣進(jìn)煙囪溫度為176℃，而煙囪排煙溫度223℃，說明一再或二再副線蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)密。出于安全考慮，平時二再副線水封投入正常使用，一再副線水封罐不上水，因此可以判定一再副線煙道蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)密。高溫?zé)煔鈴母本€流走也造成了能量的浪費和環(huán)境的污染。一再、二再再生煙氣流程如圖1所示。催化裂化用超高溫蝶閥閥體采用冷壁（襯里）結(jié)構(gòu)，由鋼板和法蘭焊接后內(nèi)襯隔熱耐磨材料而成。蝶板采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，與閥體上的兩個半圓臺階形閥座組成密封結(jié)構(gòu)。閥桿采用半軸鍛件結(jié)構(gòu)，與蝶板采用銷釘連接帶動閥瓣轉(zhuǎn)動。閥桿兩端支撐軸承各設(shè)蒸汽吹掃口和密封注脂口，以保證閥軸密封效果。


    三、設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)
    超高溫蝶閥設(shè)計一般有兩種方案，一種為冷壁，一種為熱壁。兩者設(shè)計思路*不同，冷壁是在閥體內(nèi)表面設(shè)非金屬隔熱層，材料設(shè)計溫度一般按150～300℃考慮，設(shè)備外壁溫度低于200℃，材料選用時由于有隔熱襯里層，可選用耐高溫腐蝕性稍差的材料，成本低（還有一種是在空心閥體、蝶板等零件內(nèi)引入如水等其他介質(zhì)，來降低材料溫度）；熱壁是閥體外表面采用保溫材料，設(shè)計溫度按高操作溫度加安全系數(shù)（一般10～20℃），材料需選用能抗高溫和耐腐蝕、耐沖蝕的材料，成本高。



圖1 再生煙氣流程示意圖
2 閥門再造修復(fù)技術(shù)
2.1 原理
閥門再造修復(fù)是指對運行過一個生命周期的閥門按制造標(biāo)準(zhǔn)加工其主要部件（鑄件）和更換其他部件后重新組裝，并檢驗達(dá)到全部合格標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程。在美國等發(fā)達(dá)國家，設(shè)備修復(fù)工程已經(jīng)從生產(chǎn)制造的從屬地位成為社會經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)［1］。閥門再制造是一種對廢舊閥門實施高技術(shù)和改進(jìn)的產(chǎn)業(yè)。針對損壞和行將報廢的閥體及零件，在性能失效分析、壽命評估等分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行再制造工程設(shè)計，采用一系列相關(guān)的制造技術(shù)，達(dá)到或超過新品。再制造和新品相比，可節(jié)能60%，節(jié)材70%，節(jié)約成本超過50%，幾乎不產(chǎn)生固體廢物，大氣污染排放量降低80%以上，而且使用性能基本一樣。再制造有利于形成“資源—產(chǎn)品—廢舊產(chǎn)品—再制造產(chǎn)品”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，可以充分利用資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
閥門再造的實質(zhì)是對舊閥門的重新制造，但它又區(qū)別于閥門的常規(guī)制造和簡單的修復(fù)。其整個工藝包含熱處理、酸洗、機加工、研磨等二十多道工序。使用過一個生產(chǎn)或生命周期的閥門，其金屬物理應(yīng)力消失，這是閥門再造技術(shù)能夠應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。
2.2閥門再造的循環(huán)經(jīng)濟(jì)特性
循環(huán)經(jīng)濟(jì)是以“3R原則”為經(jīng)濟(jì)活動的行為準(zhǔn)則。“3R原則”是減量化原則（reduce）、再使用原則（reuse）和再循環(huán)原則（recycle）。閥門再造作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)中新工藝產(chǎn)業(yè)化成功的范例，屬于典型的原級再循環(huán)經(jīng)濟(jì)，并且具有再使用的部分特征。
2.3閥門再造流程
閥門再造主要分為兩個部分：閥門主體部分再造和閥門執(zhí)行機構(gòu)部分再造。由于南陽能源公司計劃更新該蝶閥的執(zhí)行機構(gòu)，因此閥門執(zhí)行機構(gòu)部分不需再造。 在大口徑管線上，使用截止閥的成本非常高且無法實現(xiàn)零泄漏，在需要緊急關(guān)斷的工況中，必須在截止閥的旁側(cè)加裝切斷閥。雖然V型球閥也可以實現(xiàn)切斷(零泄露)和調(diào)節(jié)，但成本也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三偏心蝶閥。目前，一般在DN300mm以上蝶閥已逐漸代替了閘閥。蝶閥與閘閥相比具有開閉時間短、操作力矩小、安裝空間小和質(zhì)量輕的特點。以DN1000mm為例，蝶閥約2t，而閘閥約3.5t，且蝶閥易與各種驅(qū)動裝置組合，有良好的耐久性和可靠性。正因為三偏心蝶閥與截止閥、球閥、閘閥相比具有顯著的優(yōu)點，因此在石油化工行業(yè)的許多場合，三偏心蝶閥都得到了成功的應(yīng)用。


    (1)三偏心金屬密封蝶閥集調(diào)節(jié)與切斷(實現(xiàn)零泄漏)于一身，在聚乙烯裝置中已有成功的典型應(yīng)用。聚乙烯裝置的反應(yīng)器冷卻水溫度調(diào)節(jié)回路是該裝置重要的組成部分，溫度調(diào)節(jié)回路是否能平穩(wěn)運行直接決定了整套聚乙烯裝置能否安全平穩(wěn)運行。調(diào)溫水管線為大口徑(DN450mm以上)，正常工況條件下，三偏心蝶閥因其很高的調(diào)控比，作為調(diào)節(jié)閥使用，比普通調(diào)節(jié)閥更加穩(wěn)定可靠，當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生時，三偏心蝶閥還可以起到切斷作用，并且*切斷(零泄漏)。從實際應(yīng)用情況來看，不但節(jié)約了投資成本，而且控制的特別穩(wěn)定。
    (2)乙烯裝置裂解爐出口的清焦閥是石油化工行業(yè)中使用條件比較苛刻的一種閥，工藝介質(zhì)中的碳顆?？赡芊e聚在閥門的密封面上引起密封面咬合而使閥門不能正常開關(guān)，甚至縮短閥門的使用壽命。與其它類型的閥門相比，三偏心蝶閥以其*的結(jié)構(gòu)特點成為的選擇。
    (3)各煉油廠催化裂化裝置煙氣輪機的入口管線的切斷和調(diào)節(jié)，由于工藝管線口徑很大，工藝介質(zhì)為高溫?zé)煔?高達(dá)750℃)，使用閥門主要采用三偏心蝶閥，國內(nèi)裝置的閥門尺寸大已經(jīng)達(dá)到DN1800mm，配備液壓執(zhí)行機構(gòu)關(guān)閉時間小于0.5s；其它如主風(fēng)機入口出口管道和放空閥，氣壓機入口、出口管道，去火炬放空閥，油漿泵出入口，各種高中低壓蒸汽管線的調(diào)節(jié)和切斷等也大量選用三偏心蝶閥。液化石油氣非常容易泄漏，既要滿足大的流通能力又要避免泄漏，在其儲罐進(jìn)出口主管線上使用三偏心蝶閥更加可靠。此外，在硫磺回收裝置中，需要熔融狀態(tài)輸送的液硫，目前均選用帶蒸汽夾套的三偏心蝶閥。
     上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥通過以上蝶閥的演變過程及結(jié)構(gòu)特點可見，三偏心蝶閥作為閥門科技的結(jié)晶，揚各種閥門之長、避各種閥門之短，已受到廣大用戶和設(shè)計人員的重視并得到廣泛的應(yīng)用。
閥門主體部分再造主流程如圖2所示。修復(fù)后的閥門達(dá)到新閥出廠標(biāo)準(zhǔn)。



圖2 閥門主體部分再造流程示意圖
3 煙道高溫蝶閥的再造
3.1 蝶閥故障情況
2014年7月，利用裝置大修機會，將該蝶閥拆下和另外一些特殊閥門一起送至BC閥門制造公司實施再造修復(fù)。經(jīng)BC公司解體發(fā)現(xiàn)一再煙道副線DN800高溫蝶閥主體部分存在以下故障：①蝶閥前軸花鍵處扭曲變形嚴(yán)重，后軸腐蝕嚴(yán)重；②前軸和后軸的彈簧全部斷裂；③填料、墊片老化；④軸承燒死；⑤隔熱襯里和耐磨襯里老化脫落。
3.2 修復(fù)方案
針對以上故障情況，BC公司制訂了修復(fù)方案如表1所示。
表1 DN800煙道蝶閥修復(fù)方案



4 應(yīng)用效果
4.1 使用效果
修復(fù)后的煙道蝶閥，在一年來的運行中，執(zhí)行機構(gòu)運轉(zhuǎn)靈活，即使在高溫?zé)釕B(tài)下運行，閥門開關(guān)也靈活、可靠；CO鍋爐排煙溫度從223℃降為目前的170℃，說明密封效果良好；消除了CO鍋爐搶修時的安全隱患；減少了一再煙氣中CO排放對大氣的污染，同時大限度地回收了煙氣熱能。
4.2 經(jīng)濟(jì)效益
直接效益：該型號高溫蝶閥，出廠新閥的主體部分（不含執(zhí)行機構(gòu)）市場價格為15萬元左右，而舊閥再造總費用為4.9萬元（含增值稅），可節(jié)約購置新閥費用10余萬元。間接效益：煙道蝶閥再造修復(fù)后，一二再煙氣可以全部進(jìn)入CO鍋爐，1.0MPa蒸汽產(chǎn)量從14.0t/h增至目前的14.3t/h，每小時凈增0.3t，按每噸蒸汽170元、CO鍋爐年運行8400h計算，則年節(jié)能創(chuàng)效42.84萬元。7.8%（體積百分?jǐn)?shù)）CO一再煙氣全部進(jìn)入CO焚燒爐燃燒，在回收化學(xué)能的同時，減少了CO直接排放造成的環(huán)境污染。


5 結(jié)束語
再造修復(fù)后的電動煙道高溫蝶閥，在一年多的使用過程中，開關(guān)靈活、可靠，密封性良好。舊蝶閥再造費用只占新閥價格的1/3，節(jié)約了公司采購費用。含CO的一再煙氣全部進(jìn)入CO焚燒爐，減輕了環(huán)境污染。閥門再造修復(fù)技術(shù)的成功應(yīng)用，為南陽能源公司以后的閥門修復(fù)提供了科學(xué)借鑒。超高溫蝶閥研制完成后，經(jīng)用戶使用發(fā)現(xiàn)在高溫情況下出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。針對這一問題分析認(rèn)為是高溫材料膨脹系數(shù)選擇不當(dāng)，重新進(jìn)行高溫間隙計算校核并進(jìn)行有限元分析后對閥桿與閥體的間隙進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)檢修后再未出現(xiàn)問題。
    催化裂化用超高溫冷壁（襯里）蝶閥的研制成功，解決了閥門材料選型、高溫情況下密封以及閥桿密封結(jié)構(gòu)設(shè)計、執(zhí)行機構(gòu)的要求等問題，為煉油廠催化裂化裝置系統(tǒng)用閥取得了經(jīng)驗，同時該閥的國產(chǎn)化為煉油企業(yè)在日益激烈的市場競爭中進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本、實現(xiàn)節(jié)能降耗發(fā)揮積極作用。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：煤礦給水減壓閥