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)閉不嚴密。高溫煙氣從副線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準加工其主要部件（鑄件）和更換其他部件后重新組裝，并檢驗達到全部合格標準的工藝流程。在美國等發(fā)達國家，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，進行再制造工程設(shè)計，采用一系列相關(guān)的制造技術(shù)，達到或超過新品。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)濟模式，可以充分利用資源，保護生態(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)濟特性
循環(huán)經(jīng)濟是以“3R原則”為經(jīng)濟活動的行為準則。“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，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)，但成本也要遠遠高于三偏心蝶閥。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)為高溫煙氣(高達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)后的閥門達到新閥出廠標準。



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重，后軸腐蝕嚴重；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，即使在高溫熱態(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%（體積百分數(shù)）CO一再煙氣全部進入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為是高溫材料膨脹系數(shù)選擇不當，重新進行高溫間隙計算校核并進行有限元分析后對閥桿與閥體的間隙進行調(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