上海申弘阀门有限公司
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之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍高温防结焦阀门试验介绍了高温阀门的结构特点和工作原理，指出了阀门采用汽封防结焦使蒸汽消耗量大以及由此产生的污水较多的问题。根据焦化装置的工艺特点，提出了将高温阀门蒸汽汽封改为富气气封的方案，并进行了工艺分析和试验。
1、高温防结焦阀门试验概述
某2.4Mt/a 延迟焦化装置采用两炉四塔工艺，正常生产24h 生焦。装置上共有16 台高温阀门，其介质为渣油或油气，操作温度约500℃，介质容易结焦，为防止介质结焦影响阀门开关，每个阀门都有蒸汽汽封线，通过在波纹管内外腔、阀腔和填料等部位连续注入1. 0MPa 蒸汽防止结焦。这16 台高温阀门总的汽封蒸汽消耗量在1. 0MPa 时约为6t /h，这些蒸汽进入阀体后将转化为含硫污水，不但能耗高，而且增加下游污水处理场的负荷。
2、高温阀门
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀高温阀门(表1) 安装在焦化装置焦炭塔的进料线和油气线上。
2.1、进料隔断阀
进料隔断阀( 图1) 采用VELAN 球阀，其有4个汽封蒸汽注入点，即阀腔、填料箱、波纹管内外腔。在阀门全开或全关时，阀腔、填料箱以及波纹管外腔部位注入汽封蒸汽后在球体、阀座及填料间形成了密闭的高压空间，在球体和阀座紧密贴合时不消耗蒸汽，但随着阀门多次开关使用，球体和阀座之间有轻微磨损，蒸汽会少量泄漏。填料是非金属材料，密封较严密，其汽封管路温度较低，泄漏量较少。阀腔和波纹管外腔的汽封管路温度较高，泄漏量较多。波纹管内腔注入汽封蒸汽后，在阀门全开时不能形成密闭空间，只是通过蒸汽连续不断的进入高温渣油中来阻止高温渣油串入到波纹管内腔，从而防止波纹管内腔结焦，使阀门开关灵活不卡塞。在阀门全关时，汽封蒸汽进入波纹管内腔后能在进料隔断阀与四通阀之间的管路形成密闭的高压空间，实际也会有少量蒸汽泄漏。
表1 焦化高温阀门
焦化装置高温阀门防结焦研究
在阀门开关过程中，阀腔和波纹管外腔的密闭空间被打破，此时会消耗大量蒸汽。为节约蒸汽消耗，在每根汽封线上都安装有孔板。汽封蒸汽耗量主要与蒸汽压力、蒸汽温度和孔板孔径有关，过热50℃的1.0MPa 蒸汽经过3/16 in. 和1 /4 in. 孔径孔板的流量分别为195kg /h 和340kg /h( 表2) 。每台进料隔断阀的汽封蒸汽耗量为zui大约740kg /h，持续时间约30s。由于进料隔断阀在每个48h 生产周期内，在大吹汽、除焦等阶段的全关期间有17.5h的时间是停用汽封蒸汽的，所以平均每台阀门的汽封蒸汽耗量约174kg /h。
在延迟焦化装置高温、介质具有磨损与腐蚀性、粘结性和温度交变的苛刻工况条件下，焦炭塔底进
料管线和焦炭塔顶大油气线均通过高温防结焦球阀来实现过程控制，目前该阀门大多依赖进口。结
合延迟焦化装置对高温防结焦球阀的工况要求，从阀门设计、结构特点、高温热态试验、执行机构
选择和工业应用等方面进行分析，阐述了所开发的高温防结焦球阀能够满足延迟焦化装置工况要
求，通过工业应用验证了产品的安全可靠性，可以实现替代进口。
延迟焦化装置在炼油厂中的操作条件非常恶劣，原料通常来自常减压装置的减压渣油、渣油罐区的
原油、催化装置的催化油浆、污油罐区的污油和乙烯装置裂解焦油，通过加热炉加热到一定的温度
(大约500℃)后进入焦炭塔，在塔内适宜的温度、压力条件下发生裂解、缩合、馏分等一系列化学
反应，zui终生成气体、汽油、柴油、蜡油、循环油组分及焦炭等产品。在每个焦炭塔中，一般通
过8-12个关键阀门，来控制所输送的蒸汽、水、油浆、烃类或者调节管线流量。由于渣油粘度大
温度高、开关频繁，因此需要采用高性能的阀门以保证延迟焦化装置的稳定运行。
中国的延迟焦化装置已经超过100套，并呈现大型化趋势，阀门所处的工况环境不仅口径增大，操
作温度和操作压力也在不断提升。延迟焦化装置的苛刻工况是：
1)高温：焦炭塔底进料管线温度高达495-510℃，焦炭塔顶大油气线温度在420-460℃;在如此高温
的条件下，阀门材料受热膨胀，易出现扭矩异常加大或高温“抱死”现象。
2)含焦粉或含硫介质：含焦粉介质容易使阀门在转动过程中造成密封面拉伤或磨损;焦炭中残留的硫
与水结合后具有腐蚀性，阀门密封面易出现点腐蚀，从而影响阀门密封性能。
3)温度交变：在生焦和除焦过程中，过程温度会经历从常温到500℃高温的周期性变化，阀门频繁
开关，容易出现介质泄漏现象，并可能造成引起着火，危及装置安全。
4)渣油粘度大：由于渣油粘度非常大，容易在阀座、球体、阀轴等部位结焦或积碳，导致阀门动作
困难或密封失效。
焦化装置高温阀门防结焦研究高温防结焦球阀的高温热态试验
为确保提供在延迟焦化装置上的高温防结焦球阀的安全可靠性，除对高温防结焦球阀按照
API598标准所有常规检查后，包括壳体强度试验和密封性能试验之外。每一台高温防结焦球
阀均应在工厂内进行高温热态试验，通过尽可能模拟防结焦球阀的实际工况，检验阀门在高
温下的开关动作、吹扫功能、涂层性能，确保阀门在延迟焦化高温工况下的可靠性。
高温防结焦球阀使用3年后下线维护图片
图3 高温防结焦球阀使用3年后下线维护
3、工业应用
如图2(a)和图3所示，上述所开发的高温防结焦球阀通过工业实际应用，证明其能满足延迟焦
化装置工况要求，产品安全可靠，并已经实现批量生产，在延迟焦化装置中与国外品牌相比
具有较高的竞争力，可实现替代进口。
图1 进料隔断阀
表2 进料隔断阀汽封配置
焦化装置高温阀门防结焦研究
3、结语
阀门蒸汽汽封改富气气封后，既不会对阀门的使用造成影响，也不会对生产工艺造成较大影响。经实际使用油气隔断阀的检验，效果良好，同类装置也可以借鉴。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀
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