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焦化装置超高温电控蝶阀
上海申弘阀门有限公司
1 焦化装置超高温电控蝶阀概述
之前介绍蒸汽截止阀热损失，现在介绍某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。
新晶焦化公司化产车间近日完成硫铵工段几个重要工艺阀门更换。硫铵工段由于本身工段介质的特殊性，对管路和阀门的材质要求较高，但是由于部分阀门试用时间较长，已经出现微漏的现象，不仅影响了生产环境，还为生产埋下了安全隐患。该车间积极准备备件，合理安排更换方案，在不影响生产的情况下，完成了液槽前的两个DN100阀门和硫酸罐区的放空阀门DN50阀门的更换。
2 焦化装置超高温电控蝶阀高温阀门
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。
表1 焦化高温阀门
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。
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3/16in.和1/4in.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。2.2 油气隔断阀
油气隔断阀结构和进料隔断阀相同，不同的是阀门公称直径是进料隔断阀的2倍。另外由于油气隔断阀在初始安装时方向装反，导致汽封蒸汽的消耗与进料隔断阀不同（表3），主要的区别在阀门全关时，汽封蒸汽进入波纹管内腔后不会形成密闭的高压空间，也需要消耗蒸汽。另外阀门处于半开半关的时间长，消耗的蒸汽较多，每台油气隔断阀的汽封蒸汽消耗平均约为368kg/h。
表3 油气隔断阀汽封配置
2.3 四通阀
四通阀的结构与进料隔断阀类似，但因其是3个出口位置，每个出口位置都有一件波纹管提供密封紧力，因此有三件波纹管，共8个汽封蒸汽注入点（表4）。填料以及两个关闭位置的波纹管内腔部位注入汽封蒸汽后形成了密闭的高压空间，蒸汽会少量泄漏至高温渣油中，填料部位的泄漏量较少，波纹管内腔部位的泄漏量较多。阀腔、三个波纹管外腔和一个打开位置的波纹管内腔注入汽封蒸汽后，不能形成密闭空间，只是通过蒸汽连续不断的进入到高温渣油中阻止高温渣油串入到阀腔和波纹管外腔及内腔，从而防止结焦。为节约蒸汽消耗，在每条汽封线上都安装有孔板（表4），每台四通阀的汽封蒸汽耗量约为1230kg/h。
表4 四通阀汽封配置
2.4 大油气总阀
大油气总阀为Y型阀，只有一个汽封注入点（表5），每台阀门的汽封蒸汽耗量约为10kg/h。
表5 大油气总阀汽封配置
2.5 甩油阀
甩油阀为两通旋塞阀，有4个汽封注入点（表6）。阀门全开或全关时，上下阀腔注入汽封蒸汽后形成了密闭的高压空间，蒸汽会少量泄漏至高温渣油中。在阀门的开关过程中，密闭的高压空间被打破，且没有安装孔板，瞬时会消耗大量蒸汽。由于甩油阀在每48h周期内，在大吹汽等全开期间有17.5h的时间是停用汽封蒸汽的，所以每台阀门的汽封耗量约128kg/h。
表6 甩油阀汽封配置
3 存在的问题
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀由于高温阀门数量多（16台），汽封线有66条，所以汽封蒸汽耗量较大，约5160kg/h。对高温阀门做的短时停汽封试验显示，停汽封时装置1.0MPa工况下蒸汽耗量减少约6000kg/h。这些汽封蒸汽进入系统后在分馏塔气液分离罐转化为含硫污水，增加了下游污水汽提以及污水处理场的负荷。
4 处理方法
为降低蒸汽消耗，减少污水处理量，考虑将焦化装置阀门的汽封蒸汽改为另外的气封介质。这种介质必须是干净的、不结焦的、压力与1.0MPa蒸汽压力接近的、而且对阀门和生产工艺不会造成较大影响的介质，根据焦化装置生产的特点，比较理想的替代介质是富气压缩机出口的富气。
富气对阀门影响较小。富气的压力约1.2MPa，可以调整至约0.8MPa，再注入阀门的波纹管内外腔、阀腔和填料等部位形成高压区。另外富气不会结焦，这样就能在高压区的各部位防止结焦。但富气较蒸汽温度低（约110℃），而且含有H2S以及细微的焦粉。但阀门选材时就考虑了防H2S腐蚀，因此富气含H2S对阀门不会有影响。为防止富气携带的细微焦粉在阀门中沉积，可以增设精细过滤器进行过滤，另外将富气加热至与1.0MPa蒸汽温度接近的200℃左右，以防止富气温度与介质温度相差太大对阀门的开关造成影响。
阀门汽封由注蒸汽改为注富气，并将富气压力控制在0.8MPa，温度控制在200℃左右。对于四通阀和大油气总阀可以一直注入富气气封，但是对于进料隔断阀、油气隔断阀以及甩油阀则只能在生产、小吹气以及预热阶段注入富气气封，其余阶段仍需用蒸汽汽封或停用汽封，以防止富气进入到冷焦水系统造成不利影响。
5 分析试验
取过热50℃的1.0MPa蒸汽，密度为4.5kg/m3，则平均5160kg/h的汽封蒸汽体积流量为1146.6m3/h，假设改注0.8MPa、200℃的富气，体积流量也为1146.6m3/h，换算成标准体积流量约为6000Nm3/h（表7）。
表7 改注富气后阀门的气体耗量
注：单位为kg/h的说明该阀门在此状态下仍需用蒸汽。
从表7看出，富气zui大流量约7000Nm3/h，持续时间0.5h，zui小流量约4800Nm3/h，持续时间11.5h，平均约为5400Nm3/h。富气注入阀体后的流程走向与蒸汽一致，都汇集进入分馏塔底，然后从分馏塔顶出来经过空冷器和水冷器冷却后进入气液分离罐。所不同的是蒸汽冷凝成为水从气液分离罐以液相流出，而富气不能冷凝，只能从气液分离罐以气相流出，进入富气压缩机入口，经富气压缩机压缩后再循环进入阀门的阀体，这样就相当于有约5400Nm3/h的富气在循环。富气压缩机的额定流量约30000Nm3/h，zui大流量约36000Nm3/h，平时为保证压缩机不发生喘振，一般有约10000Nm3/h的富气通过反飞动线在循环，因此在阀门注入约5400Nm3/h的循环富气对富气压缩机的负荷不会产生影响，相当于将平时10000Nm3/h的反飞动流量分流一部分用于阀门的气封。另外对分馏塔、焦炭塔的气相负荷以及操作也不会产生影响。
根据分析对4台油气隔断阀进行了汽封改造试验，从富气压缩机出口引一条管线，经过精细过滤器过滤并减压后作为富气汽封线，经过一年多的使用，油气隔断阀开关正常，降低了部分蒸汽消耗，同时减少了含硫污水的产生。
6 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石油化工用阀门原则
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