楊安龍

（中國(guó)石油化工股份有限公司安慶分公司，安徽安慶 246000）

0 引言

延遲焦化裝置是將重質(zhì)低價(jià)值油品，經(jīng)深度熱裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的液體和氣體產(chǎn)品，同時(shí)生成石油焦。是國(guó)內(nèi)外煉油廠提高輕質(zhì)油回收率和生產(chǎn)石油焦的主要加工裝置之一[1]。而水力除焦系統(tǒng)是延遲焦化裝置的重要組成部分，主要包括高壓水泵、除焦控制閥、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、氣動(dòng)閥、絞車及滑輪組、水渦輪減速器、自動(dòng)切換聯(lián)合鉆孔切焦器、塔頂蓋自動(dòng)裝卸機(jī)、塔底蓋裝卸機(jī)、鉆桿組件等[2]。其中除焦控制閥作為水力除焦系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能好壞，直接影響到除焦系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

水力除焦系統(tǒng)的工作模式完全由除焦控制閥控制，文獻(xiàn)[3]中針對(duì)除焦控制閥對(duì)系統(tǒng)的重要性，探討了使用變速水泵與除焦控制閥的共同控制方式。由此，深入研究除焦控制閥性能意義重大。從工藝角度出發(fā)，結(jié)合除焦控制閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，分析其常見問題及改進(jìn)技術(shù)。

1 工藝流程及工作原理

1.1 工藝流程

延遲焦化是將重質(zhì)油經(jīng)加熱爐急速加熱達(dá)到焦化所需高溫后，立即進(jìn)入焦炭塔內(nèi)進(jìn)行深度熱裂化反應(yīng)，使生焦反應(yīng)不在爐管內(nèi)進(jìn)行而延遲到焦炭塔內(nèi)反應(yīng)。

當(dāng)焦炭塔中結(jié)焦達(dá)一定程度后，需要進(jìn)行清焦作業(yè)。清焦采用水力除焦法，先在焦層中央用鉆機(jī)打一個(gè)洞，從頂部一直打到底，然后通入高壓水，利用水的沖擊力將焦炭打下并由底部排出[4]。即由高壓水泵輸送的高壓水（12～30 MPa），經(jīng)上水線，除焦控制閥，水龍帶，鉆桿到水力切焦器噴嘴，由切焦器噴嘴噴出的高壓水形成高壓射流，利用高壓射流強(qiáng)大的沖擊力，將石油焦切割下來(lái)。鉆桿不斷升降和轉(zhuǎn)動(dòng)，直到將焦除完。

1.2 工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1 水力除焦控制閥結(jié)構(gòu)示意

水力除焦控制閥主要由閥體、閥芯、閥座、支架、驅(qū)動(dòng)裝置等組成，驅(qū)動(dòng)裝置可以是電動(dòng)或氣動(dòng)。某煉油廠的水力除焦控制閥如圖1 所示[5，6]。除焦控制閥安裝在高壓水泵出口管道上，閥門關(guān)閉時(shí)閥芯在最下端，高壓水經(jīng)多級(jí)節(jié)流降壓后從旁流出口排出，這時(shí)允許高壓水泵在最小流量下啟動(dòng)或停泵。閥芯在中間位置時(shí)，一部分高壓水經(jīng)多級(jí)節(jié)流降壓后排出，另一部分高壓水經(jīng)另一組多級(jí)節(jié)流降壓后通過(guò)高壓管道進(jìn)入焦炭塔內(nèi)的除焦器，其作用是用小流量、低壓力的水對(duì)高壓管道進(jìn)行預(yù)充滿，防止產(chǎn)生水錘現(xiàn)象[5]。閥門全打開時(shí)閥芯在上端，高壓水經(jīng)閥體通過(guò)高壓管道進(jìn)入焦炭塔內(nèi)的除焦器，進(jìn)行水力除焦操作。

2 常見問題分析及改進(jìn)

2.1 閥門堵塞或閥芯卡滯

某煉油廠開工試車中發(fā)現(xiàn)，除焦控制閥閥桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)有卡澀及異聲，影響整個(gè)除焦進(jìn)程[7]。還曾有某廠因除焦控制閥籠套/孔板堵塞，造成管道異常振動(dòng)[8]。水力除焦作業(yè)所用高壓水中含有粉狀焦炭顆粒，水力除焦控制閥的閥芯與消能室、閥芯與閥座之間的配合均為精密配合，若在加工制造階段未控制好尺寸精度，或因閥門運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)，極有可能造成磨損卡澀等問題。此外，由于部分除焦控制閥采用多級(jí)籠套/背壓孔板減壓，若設(shè)計(jì)取值不當(dāng)，也會(huì)因焦炭顆粒造成閥門堵塞。為解決上述問題，可從3 個(gè)方面分析。

①應(yīng)確保供貨閥門在加工制造過(guò)程中的尺寸精度合格，不同零件配合面之間應(yīng)選用不同材質(zhì)并設(shè)置硬度差，減少多級(jí)籠套/背壓孔板的孔數(shù)并適當(dāng)增大孔徑或直接避免采用這類減壓結(jié)構(gòu)；②在除焦控制閥前或高壓水泵進(jìn)水口處增加一個(gè)過(guò)濾器，用以過(guò)濾水中的焦炭顆粒，防止固體介質(zhì)進(jìn)入除焦控制閥內(nèi)部；③平時(shí)的運(yùn)行維護(hù)過(guò)程或檢修期間，注重閥門的維護(hù)工作。

2.2 預(yù)充水壓偏低及泵出口壓力波動(dòng)

進(jìn)行除焦作業(yè)前，為防止產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，一般先通過(guò)除焦控制閥，用小流量、低壓力的水對(duì)高壓管道進(jìn)行預(yù)充滿，達(dá)到一定壓力后，再把除焦控制閥全開，進(jìn)行水力除焦作業(yè)。在裝置試車過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行高壓管道預(yù)充滿作業(yè)時(shí)，除焦控制閥已達(dá)到預(yù)充位，其閥后的預(yù)充壓力可迅速達(dá)到并且超過(guò)設(shè)定值，隨后緩慢下降并且低于設(shè)定值，且不再變化[4，9]。多次操作，情況依然存在。分析認(rèn)為，可能是由于除焦控制閥閥位不穩(wěn)定或者閥門開度設(shè)定值偏低導(dǎo)致。閥位不穩(wěn)定則與除焦控制閥的控制精度以及驅(qū)動(dòng)裝置的穩(wěn)定性相關(guān)，應(yīng)確保驅(qū)動(dòng)裝置的剛度足夠，并在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中確保除焦控制閥的精度。針對(duì)閥門開度的設(shè)定值偏低，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)將輸入值適當(dāng)增大即可。

在將除焦控制閥閥位開度略調(diào)大后，閥后預(yù)充壓力變化急劇，對(duì)管道的沖擊力變大，并且在除焦控制閥開啟過(guò)程中，高壓水泵出口壓力波動(dòng)幅度一度高達(dá)60%[5]，對(duì)高壓水泵的長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)不利影響。分析認(rèn)為，這是由于除焦控制閥的快開流量特性所導(dǎo)致的。通過(guò)對(duì)除焦控制閥閥芯流量孔的型線進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，將其流量特性修改為近似線性，由此避免了除焦控制閥在開啟過(guò)程中引起高壓水泵出口壓力的大幅度波動(dòng)。

2.3 密封面/節(jié)流面沖蝕破壞

水力除焦控制閥在旁路循環(huán)及預(yù)充狀態(tài)時(shí)，其工作壓差可高達(dá)數(shù)十兆帕，運(yùn)行過(guò)程極易發(fā)生沖刷汽蝕等破壞現(xiàn)象。對(duì)此，可通過(guò)多級(jí)減壓[10]、對(duì)沖消能[11]、轉(zhuǎn)移破壞[5]等方法解決。

除焦控制閥旁路流道可采用防堵塞多級(jí)串聯(lián)刻槽式閥內(nèi)件，并在旁路流道的出口處增設(shè)噴嘴，以增加回流口的背壓，保護(hù)閥芯與消能室相互配合的節(jié)流面及副閥座密封面。

針對(duì)除焦控制閥在預(yù)充狀態(tài)時(shí)的工況，可在閥芯供水段的密封面下部設(shè)置噴射消能孔，利用介質(zhì)相互對(duì)沖消能，達(dá)到減壓效果。并且在供水口小開度時(shí)，將節(jié)流處轉(zhuǎn)移到主閥座密封面下游，即將破壞處轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)離密封面處，有利于除焦控制閥的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。如圖2 所示，水力除焦控制閥在預(yù)充狀態(tài)時(shí)，沖蝕破壞發(fā)生在閥芯內(nèi)部（遠(yuǎn)離密封面處）。

3 結(jié)語(yǔ)

水力除焦控制閥作為水力除焦系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，影響著系統(tǒng)裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。安慶石化延遲焦化裝置用水力除焦控制閥，自2008 年研制使用以來(lái)，經(jīng)過(guò)持續(xù)改進(jìn)[5，6，11]，已達(dá)到近10 年未下線的長(zhǎng)周期運(yùn)行水平。該型水力除焦控制閥閥芯剛度大，導(dǎo)向堅(jiān)固、可靠，最大限度地減輕了由加工誤差或介質(zhì)顆粒刮擦引起的閥芯卡阻的可能性[6]；固有流量特性為近似線性，使閥門隨開度增大流量逐漸加大，避免閥后管道受沖擊；在保護(hù)閥座密封面的同時(shí)，將高壓差流體產(chǎn)生的破壞轉(zhuǎn)移至節(jié)流面下游；主閥座、消能室和閥芯均可快速更換，方便閥門的維修與保養(yǎng)。

圖2 水力除焦控制閥預(yù)充狀態(tài)破壞位置