王新齋，王曉軍，有海昌

（中化弘潤(rùn)石油化工有限公司，山東 濰坊 262513）

重整裝置的催化劑再生部分，可以使煉油廠在高苛刻度條件下，靈活地運(yùn)行反應(yīng)部分。反應(yīng)部分在高苛刻度條件下，重整催化劑失活更快，因?yàn)樵诖呋瘎┥系慕Y(jié)焦沉積速度更快。如果沒有催化劑再生部分，反應(yīng)部分不得不經(jīng)常停機(jī)來(lái)燃燒結(jié)焦，恢復(fù)催化劑的活性和選擇性。但是有了催化劑再生部分之后，煉油廠能夠在運(yùn)行鉑重整反應(yīng)部分時(shí)，不再需要為了催化劑再生而停車。在鉑重整反應(yīng)部分繼續(xù)運(yùn)行的同時(shí)，催化劑再生部分可以連續(xù)地對(duì)催化劑再生，這樣可以達(dá)到上述運(yùn)行的要求。催化劑再生通過(guò)CRCS控制系統(tǒng)進(jìn)行不間斷自動(dòng)控制。本文重點(diǎn)討論控制催化劑進(jìn)出閉鎖料斗的自控閥。

1 控制流程

閉鎖料斗切斷閥是CRCS控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)它的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吸附劑在反再單元的正常循環(huán)。圖1中切斷閥XV-01、XV-02、XV-03、XV-04，涉及到氫氧環(huán)境的隔離和切換， 安全要求很高?，F(xiàn)場(chǎng)閉鎖料斗切斷閥共4臺(tái)，均為兩位式切斷球閥。操作介質(zhì)有高溫油氣、 氫氣、氮?dú)饧案缓絼╊w粒，操作條件及要求見表1。

圖1 工藝流程Fig.1 Technological process

基于以上操作條件，要求球閥耐磨、耐沖蝕，開關(guān)頻繁（3min/次），動(dòng)作速度快（最多5s），并且切斷能力高，隔絕防泄漏能力強(qiáng)（Ⅵ 級(jí)密封標(biāo)準(zhǔn)）。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，這些球閥故障頻發(fā)，內(nèi)漏嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了再生單元的安全運(yùn)行，且催化劑粉塵量增大，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。為保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，降低閥門故障率，延長(zhǎng)閥門使用壽命是亟待解決的重要問(wèn)題。

2 金屬密封球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[1]

閉鎖料斗程控球閥全部采用進(jìn)口耐磨球閥，每臺(tái)球閥由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和本體球閥組成。球閥采用雙閥座浮動(dòng)球閥設(shè)計(jì)，全金屬雙向密封，閥體為全鍛造閥體，球體和閥座材質(zhì)采用316SS+SIL。在此種工況下，采用了自清潔耐磨球閥的技術(shù)，閥門在開、關(guān)過(guò)程中，依靠介質(zhì)自身壓力，可對(duì)堆積在閥腔內(nèi)的物料進(jìn)行吹掃，以防止固體顆粒在腔內(nèi)堆積而出現(xiàn)“抱死”現(xiàn)象，影響閥門的正常操作。耐磨球閥要求閥內(nèi)件有一定的硬度，使其耐磨、耐沖蝕，硬化層與本體有一定結(jié)合強(qiáng)度，防止硬化層脫落和產(chǎn)生裂紋，保證足夠的加工精度，以保證密封等級(jí)。

3 閥門耐磨技術(shù)[2]

對(duì)金屬密封的耐磨閥表面硬化處理方法有：表面鍍層技術(shù)（Cr、Ni-P）、堆（噴）焊技術(shù)、等離子氮化技術(shù)、整體燒結(jié)技術(shù)等。

前3種密封面處理方法在一般工況，如介質(zhì)為油品、蒸汽等，使用效果較好。但對(duì)于兩相流或三相流的特殊介質(zhì)工況，如介質(zhì)為固體催化劑、多晶硅等，事實(shí)證明使用壽命非常短。整體燒結(jié)碳化鎢硬質(zhì)合金由鎢和碳的混合物高溫?zé)Y(jié)而成，其硬度可達(dá)HRA85以上，使用溫度在800℃以下。

燒結(jié)過(guò)程中燒結(jié)體的變化：壓塊體積收縮變小，強(qiáng)度增大，合金表面成金屬光澤，壓塊孔隙度為50%，而制成品應(yīng)小于0.2%。在燒結(jié)過(guò)程中，粉末顆粒間發(fā)生質(zhì)的變化，合金晶體間的結(jié)合，代替了粉末顆粒間的接觸，使合金形成堅(jiān)固整體，從而具有優(yōu)良的物理特性。

表1 切斷閥操作條件及要求Table 1 Conditions and requirements for the operation of the cut-off valve

圖2 催化劑三段提升壓差逐漸變大Fig.2 Catalyst three-stage lift pressure difference gradually increases

4 閥門故障現(xiàn)象及原因分析

閥門內(nèi)漏是影響單元長(zhǎng)期運(yùn)行的主要故障，工藝包在實(shí)現(xiàn)閉鎖料斗自動(dòng)控制的過(guò)程中，已充分考慮了閥門的內(nèi)漏，要求閥門泄漏量低，設(shè)置兩個(gè)閥門串聯(lián)。閥門內(nèi)漏會(huì)導(dǎo)致單元運(yùn)行性能降低、催化劑消耗增加、循環(huán)不暢，進(jìn)一步影響加工量和產(chǎn)品質(zhì)量。閥門泄漏后催化劑三段提升壓差逐漸變大，如圖2所示。

4.1 密封精度不夠

球閥密封是靠機(jī)械加工精密的裝配精度，以一定的壓緊力實(shí)現(xiàn)密封等級(jí)。在球閥檢修后，如果出現(xiàn)再次泄漏，此原因的可能性最大。機(jī)械加工精度主要體現(xiàn)在球體、閥座表面不光滑，使得密封件無(wú)法緊密結(jié)合。裝配精度不夠主要體現(xiàn)在閥座和球體的裝配過(guò)盈或過(guò)隙，未完全按技術(shù)要求進(jìn)行。以上原因會(huì)導(dǎo)致球閥密封失效，在介質(zhì)為固體催化劑粉末時(shí)會(huì)由于沖刷導(dǎo)致閥門內(nèi)漏越來(lái)越嚴(yán)重。

4.2 閥內(nèi)件被破壞

因閥門控制介質(zhì)主要為固體催化劑及催化劑粉末，如采用表面鍍層技術(shù)（Cr、Ni-P）、堆（噴）焊技術(shù)、等離子氮化技術(shù)的閥內(nèi)件，如加工工藝不過(guò)關(guān)，在每3min開關(guān)1次的高頻繁動(dòng)作下，發(fā)生表面涂層脫落現(xiàn)象會(huì)直接導(dǎo)致閥門內(nèi)漏進(jìn)而閥內(nèi)件被破壞。

5 改造探索

盤閥專為粉料介質(zhì)輸送設(shè)計(jì)，特別適用于高磨損、高頻的工況，是通過(guò)滑動(dòng)圓盤來(lái)實(shí)現(xiàn)開關(guān)的一種快開快關(guān)閥門。其設(shè)計(jì)針對(duì)帶有磨損、沖蝕性的物料，能在惡劣的工況下連續(xù)長(zhǎng)期工作。它獨(dú)有的硬密封面具有自研磨作用，使其在磨損、沖蝕物料上應(yīng)用的過(guò)程中不斷提高密封性，壽命比其它閥門長(zhǎng)幾倍。盤閥廣泛應(yīng)用在處理含固體顆粒物介質(zhì)的領(lǐng)域，主要有硅化工、煤化工、石油化工、電廠等行業(yè)。其在耐磨損、耐腐蝕、耐沖刷方面性能非常突出，非常適用于重整裝置閉鎖料斗控制的工況。

5.1 工作原理[3]

盤閥驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)閥桿與搖臂使閥盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)。閥盤密封面借助彈簧力與閥座始終緊密貼合，又允許閥盤在密封面的垂直方向上有位移。這有助于補(bǔ)償閥門熱脹冷縮引起的形變和盤閥開關(guān)產(chǎn)生的微量磨損，克服任何背壓變化對(duì)密封的影響并能防止顆粒介質(zhì)進(jìn)入密封面之間。在盤閥啟閉過(guò)程中，閥座密封面對(duì)盤閥在切線方向上的摩擦力之差是閥盤在1個(gè)啟閉循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并可以不斷剪切與清掃在工藝過(guò)程中可能堆積在閥腔內(nèi)的介質(zhì)。

5.2 性能特點(diǎn)

整體碳化鎢閥板和閥座——硬度大于HRA85，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物料的硬度，耐磨損、耐沖刷、耐高溫。上密封閥座——閥座密封面不接觸物料，邊緣導(dǎo)角設(shè)計(jì)防止研碎物料。閥板、閥板盤面與密封面近乎平整且在彈簧作用下與閥座緊密貼合，防止擠壓催化劑。

全通徑端口——不阻礙介質(zhì)流通，耐磨損、壓降小。出口為喇叭口設(shè)計(jì)，防止物料在閥腔堆積。通道可加裝耐磨套，防止物料沖刷。偏心式閥體設(shè)計(jì)——防止堵塞，可實(shí)現(xiàn)自清潔閥腔。

驅(qū)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)計(jì)——使軸與填料間無(wú)垂直相對(duì)運(yùn)動(dòng)，增加使用壽命，更適合高溫和高壓工況。閥桿密封加強(qiáng)設(shè)計(jì)——柔性石墨環(huán)和高溫高壓盤根組合填料，由定位環(huán)分成三道密封，并用填料壓蓋和碟簧壓緊，使填料受力均勻并能補(bǔ)償溫度和壓力等變化引起的盤根應(yīng)力變化，加大填料的使用壽命，防止填料處泄漏。

閥腔吹掃孔——合理優(yōu)化的吹掃設(shè)計(jì)，可以吹掃閥腔內(nèi)堆積的物料，防止堵塞?？烧{(diào)式法蘭間距——可根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)的法蘭間距相應(yīng)地調(diào)整，無(wú)需變動(dòng)管道尺寸，安裝方便。

5.3 球閥與盤閥性能對(duì)比

球閥因密封面與介質(zhì)總在同一位置接觸，長(zhǎng)時(shí)間可能導(dǎo)致密封面磨損。盤閥的閥盤和閥座相互自研磨，越研磨密封效果越好；球閥在使用初期能保證嚴(yán)密的密封，在密封等級(jí)出現(xiàn)下降時(shí)，泄漏率很快超出使用要求。盤閥碳化鎢閥內(nèi)件硬度高達(dá)HRA85，使用后能保證長(zhǎng)期有效密封；球閥內(nèi)部流道的改變會(huì)使物料不斷沖蝕閥內(nèi)件，盤閥平面密封處于流線垂直方向，不會(huì)急劇改變流線方向，大大減少了物料的沖擊力，從而減少?zèng)_蝕。

6 現(xiàn)場(chǎng)效果

通過(guò)對(duì)比球閥和盤閥結(jié)構(gòu)和性能，可以得出盤閥在此工況下優(yōu)于球閥，使用壽命更長(zhǎng)，內(nèi)漏率更低。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際曲線可以判斷出，更換盤閥前還原段料位間斷出現(xiàn)抖降現(xiàn)象，更換后還原段料位趨于平穩(wěn)，再生系統(tǒng)三段提升壓降波動(dòng)減小，趨于平穩(wěn)。同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)，催化劑的粉塵量減少，為反再系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

7 注意事項(xiàng)

在盤閥選型時(shí)嚴(yán)格按照工藝操作參數(shù)進(jìn)行選型，本文只探討了閥體結(jié)構(gòu)部分，對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)未做深入分析，應(yīng)結(jié)合實(shí)際工況進(jìn)行選型。因盤閥較球閥尺寸大，如果是進(jìn)行裝置改造，應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)閥門的法蘭標(biāo)準(zhǔn)及法蘭間距是否合適，如在裝置緊急停工狀態(tài)下進(jìn)行更換應(yīng)考慮安裝的各種因素，如整體尺寸、安裝空間、氣源接口、電氣接口等各種問(wèn)題。

8 結(jié)束語(yǔ)

盤閥同樣適用于硅化工裝置粉料輸送線、料倉(cāng)進(jìn)出管線、平衡管線、放空管線，煤化工裝置鎖斗、平衡管線、放空閥，石油化工催化劑輸送，電廠輸灰、除灰系統(tǒng)、省煤器等各種沖刷嚴(yán)重的工況。隨著各類工藝裝置的不斷擴(kuò)充，自動(dòng)化控制的不斷提高，對(duì)閥門的要求也在不斷增加，目前生產(chǎn)此類閥門的廠家不多，希望通過(guò)不斷探索，使產(chǎn)品不斷完善，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣工況。