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焦化裝置超高溫電控蝶閥
上海申弘閥門有限公司
1 焦化裝置超高溫電控蝶閥概述
之前介紹蒸汽截止閥熱損失，現在介紹某2.4Mt/a延遲焦化裝置采用兩爐四塔工藝，正常生產24h生焦。裝置上共有16臺高溫閥門，其介質為渣油或油氣，操作溫度約500℃，介質容易結焦，為防止介質結焦影響閥門開關，每個閥門都有蒸汽汽封線，通過在波紋管內外腔、閥腔和填料等部位連續注入1.0MPa蒸汽防止結焦。這16臺高溫閥門總的汽封蒸汽消耗量在1.0MPa時約為6t/h，這些蒸汽進入閥體后將轉化為含硫污水，不但能耗高，而且增加下游污水處理場的負荷。
新晶焦化公司化產車間近日完成硫銨工段幾個重要工藝閥門更換。硫銨工段由于本身工段介質的特殊性，對管路和閥門的材質要求較高，但是由于部分閥門試用時間較長，已經出現微漏的現象，不僅影響了生產環境，還為生產埋下了安全隱患。該車間積極準備備件，合理安排更換方案，在不影響生產的情況下，完成了液槽前的兩個DN100閥門和硫酸罐區的放空閥門DN50閥門的更換。
2 焦化裝置超高溫電控蝶閥高溫閥門
高溫閥門（表1）安裝在焦化裝置焦炭塔的進料線和油氣線上。
表1 焦化高溫閥門
2.1 進料隔斷閥
進料隔斷閥（圖1）采用VELAN球閥，其有4個汽封蒸汽注入點，即閥腔、填料箱、波紋管內外腔。在閥門全開或全關時，閥腔、填料箱以及波紋管外腔部位注入汽封蒸汽后在球體、閥座及填料間形成了密閉的高壓空間，在球體和閥座緊密貼合時不消耗蒸汽，但隨著閥門多次開關使用，球體和閥座之間有輕微磨損，蒸汽會少量泄漏。填料是非金屬材料，密封較嚴密，其汽封管路溫度較低，泄漏量較少。閥腔和波紋管外腔的汽封管路溫度較高，泄漏量較多。波紋管內腔注入汽封蒸汽后，在閥門全開時不能形成密閉空間，只是通過蒸汽連續不斷的進入高溫渣油中來阻止高溫渣油串入到波紋管內腔，從而防止波紋管內腔結焦，使閥門開關靈活不卡塞。在閥門全關時，汽封蒸汽進入波紋管內腔后能在進料隔斷閥與四通閥之間的管路形成密閉的高壓空間，實際也會有少量蒸汽泄漏。
在閥門開關過程中，閥腔和波紋管外腔的密閉空間被打破，此時會消耗大量蒸汽。為節約蒸汽消耗，在每根汽封線上都安裝有孔板。汽封蒸汽耗量主要與蒸汽壓力、蒸汽溫度和孔板孔徑有關，過熱50℃的1.0MPa蒸汽經過3/16in.和1/4in.孔徑孔板的流量分別為195kg/h和340kg/h（表2）。每臺進料隔斷閥的汽封蒸汽耗量為zui大約740kg/h，持續時間約30s。由于進料隔斷閥在每個48h生產周期內，在大吹汽、除焦等階段的全關期間有17.5h的時間是停用汽封蒸汽的，所以平均每臺閥門的汽封蒸汽耗量約174kg/h。2.2 油氣隔斷閥
油氣隔斷閥結構和進料隔斷閥相同，不同的是閥門公稱直徑是進料隔斷閥的2倍。另外由于油氣隔斷閥在初始安裝時方向裝反，導致汽封蒸汽的消耗與進料隔斷閥不同（表3），主要的區別在閥門全關時，汽封蒸汽進入波紋管內腔后不會形成密閉的高壓空間，也需要消耗蒸汽。另外閥門處于半開半關的時間長，消耗的蒸汽較多，每臺油氣隔斷閥的汽封蒸汽消耗平均約為368kg/h。
表3 油氣隔斷閥汽封配置
2.3 四通閥
四通閥的結構與進料隔斷閥類似，但因其是3個出口位置，每個出口位置都有一件波紋管提供密封緊力，因此有三件波紋管，共8個汽封蒸汽注入點（表4）。填料以及兩個關閉位置的波紋管內腔部位注入汽封蒸汽后形成了密閉的高壓空間，蒸汽會少量泄漏至高溫渣油中，填料部位的泄漏量較少，波紋管內腔部位的泄漏量較多。閥腔、三個波紋管外腔和一個打開位置的波紋管內腔注入汽封蒸汽后，不能形成密閉空間，只是通過蒸汽連續不斷的進入到高溫渣油中阻止高溫渣油串入到閥腔和波紋管外腔及內腔，從而防止結焦。為節約蒸汽消耗，在每條汽封線上都安裝有孔板（表4），每臺四通閥的汽封蒸汽耗量約為1230kg/h。
表4 四通閥汽封配置
2.4 大油氣總閥
大油氣總閥為Y型閥，只有一個汽封注入點（表5），每臺閥門的汽封蒸汽耗量約為10kg/h。
表5 大油氣總閥汽封配置
2.5 甩油閥
甩油閥為兩通旋塞閥，有4個汽封注入點（表6）。閥門全開或全關時，上下閥腔注入汽封蒸汽后形成了密閉的高壓空間，蒸汽會少量泄漏至高溫渣油中。在閥門的開關過程中，密閉的高壓空間被打破，且沒有安裝孔板，瞬時會消耗大量蒸汽。由于甩油閥在每48h周期內，在大吹汽等全開期間有17.5h的時間是停用汽封蒸汽的，所以每臺閥門的汽封耗量約128kg/h。
表6 甩油閥汽封配置
3 存在的問題
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥由于高溫閥門數量多（16臺），汽封線有66條，所以汽封蒸汽耗量較大，約5160kg/h。對高溫閥門做的短時停汽封試驗顯示，停汽封時裝置1.0MPa工況下蒸汽耗量減少約6000kg/h。這些汽封蒸汽進入系統后在分餾塔氣液分離罐轉化為含硫污水，增加了下游污水汽提以及污水處理場的負荷。
4 處理方法
為降低蒸汽消耗，減少污水處理量，考慮將焦化裝置閥門的汽封蒸汽改為另外的氣封介質。這種介質必須是干凈的、不結焦的、壓力與1.0MPa蒸汽壓力接近的、而且對閥門和生產工藝不會造成較大影響的介質，根據焦化裝置生產的特點，比較理想的替代介質是富氣壓縮機出口的富氣。
富氣對閥門影響較小。富氣的壓力約1.2MPa，可以調整至約0.8MPa，再注入閥門的波紋管內外腔、閥腔和填料等部位形成高壓區。另外富氣不會結焦，這樣就能在高壓區的各部位防止結焦。但富氣較蒸汽溫度低（約110℃），而且含有H2S以及細微的焦粉。但閥門選材時就考慮了防H2S腐蝕，因此富氣含H2S對閥門不會有影響。為防止富氣攜帶的細微焦粉在閥門中沉積，可以增設精細過濾器進行過濾，另外將富氣加熱至與1.0MPa蒸汽溫度接近的200℃左右，以防止富氣溫度與介質溫度相差太大對閥門的開關造成影響。
閥門汽封由注蒸汽改為注富氣，并將富氣壓力控制在0.8MPa，溫度控制在200℃左右。對于四通閥和大油氣總閥可以一直注入富氣氣封，但是對于進料隔斷閥、油氣隔斷閥以及甩油閥則只能在生產、小吹氣以及預熱階段注入富氣氣封，其余階段仍需用蒸汽汽封或停用汽封，以防止富氣進入到冷焦水系統造成不利影響。
5 分析試驗
取過熱50℃的1.0MPa蒸汽，密度為4.5kg/m3，則平均5160kg/h的汽封蒸汽體積流量為1146.6m3/h，假設改注0.8MPa、200℃的富氣，體積流量也為1146.6m3/h，換算成標準體積流量約為6000Nm3/h（表7）。
表7 改注富氣后閥門的氣體耗量
注：單位為kg/h的說明該閥門在此狀態下仍需用蒸汽。
從表7看出，富氣zui大流量約7000Nm3/h，持續時間0.5h，zui小流量約4800Nm3/h，持續時間11.5h，平均約為5400Nm3/h。富氣注入閥體后的流程走向與蒸汽一致，都匯集進入分餾塔底，然后從分餾塔頂出來經過空冷器和水冷器冷卻后進入氣液分離罐。所不同的是蒸汽冷凝成為水從氣液分離罐以液相流出，而富氣不能冷凝，只能從氣液分離罐以氣相流出，進入富氣壓縮機入口，經富氣壓縮機壓縮后再循環進入閥門的閥體，這樣就相當于有約5400Nm3/h的富氣在循環。富氣壓縮機的額定流量約30000Nm3/h，zui大流量約36000Nm3/h，平時為保證壓縮機不發生喘振，一般有約10000Nm3/h的富氣通過反飛動線在循環，因此在閥門注入約5400Nm3/h的循環富氣對富氣壓縮機的負荷不會產生影響，相當于將平時10000Nm3/h的反飛動流量分流一部分用于閥門的氣封。另外對分餾塔、焦炭塔的氣相負荷以及操作也不會產生影響。
根據分析對4臺油氣隔斷閥進行了汽封改造試驗，從富氣壓縮機出口引一條管線，經過精細過濾器過濾并減壓后作為富氣汽封線，經過一年多的使用，油氣隔斷閥開關正常，降低了部分蒸汽消耗，同時減少了含硫污水的產生。
6 結語
閥門蒸汽汽封改富氣氣封后，既不會對閥門的使用造成影響，也不會對生產工藝造成較大影響。經實際使用油氣隔斷閥的檢驗，效果良好，同類裝置也可以借鑒。與本文相關的產品有石油化工用閥門原則
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