张欣1,杨成炯1,张小建2,樊东升3
(1.中石化广州工程有限公司,广东省广州市 510620;
2.中国石化塔河炼化有限责任公司,新疆 塔河 842000;
3.洛阳三旋特种阀门有限公司,河南省洛阳市 471003)
摘要:以前,国内延迟焦化装置的核心设备四通阀几乎全部被国外高温球阀所占据。由国外引进的高温球阀,具有一次性投资高、交货期长、备品备件不齐备、维修费用高、蒸汽耗量大等缺点。开发研制适用的电动四通旋塞阀,可替代进口、降低一次性投资成本、缩短交货期、降低操作和维修费用。电动四通旋塞阀采用阀体三个出口等角式分布、旋塞阀芯大锥角、无摩擦启闭操作等结构设计;在阀体铸造、密封面堆焊和研磨、双电动执行机构配套等方面属于具有自主知识产权的创新。3年多来,运行稳定可靠,降低了蒸汽耗量,性能和质量满足装置工艺操作要求。
关键词:延迟焦化装置 四通旋塞阀 球阀 国产化
2000年以前国内的延迟焦化装置总数不超过10套,单套装置处理量不超过400kt/a。2000年后延迟焦化装置快速发展,短短十几年新建装置达150多套,装置最大处理量达 2Mt/a。
四通阀是延迟焦化装置的关键设备,其安全可靠的切换操作是装置正常运行的保证,新建装置中采用的四通阀几乎全部引进国外的波纹管四通球阀。
波纹管四通球阀能够满足延迟焦化装置正常生产,但是存在以下弊端:供货周期长,一般要12个月以上;价格昂贵,1台 DN300的波纹管四通球阀需 200万至 300万元人民币;备件供应困难,更换1套波纹管价格昂贵;对吹扫蒸汽敏感,波纹管内易结焦;吹扫蒸汽消耗量大,正常消耗在 1000kg/h以上;消耗的蒸汽进入焦炭塔后,增加了加热炉负荷、提高了塔内气体线速和废气处理负担。
为了避免重复引进,节约投资,提高延迟焦化装置国产化水平,2009年 7月延迟焦化装置电动四通旋塞阀课题在中国石化股份有限公司立项,经过方案审定、图纸审查、样机制造、样机测试、安装调试、出厂验收各阶段的严格把关,于 2014年9月在中国石化塔河炼化有限责任公司新建 2.2Mt/a延迟焦化装置上投入工业应用,运行情况良好,各项性能指标达到设计要求。
1 开发目标与技术特点
为满足工艺操作要求,实现延迟焦化装置“安稳优”生产操作,达到进口同类产品技术水平,高温四通旋塞阀开发立项提出以下技术经济目标:
(1)公称直径、公称压力和安装尺寸与引进的波纹管四通球阀保持一致,保证互换性。
(2)金属密封性能要求符合 API598,GB/T13927Ⅳ级要求。
(3)旋转扭矩按计算值的3倍设计。
(4)阀体最小壁厚、最小流道直径符合 API6D,GB/T12237的要求。
(5)与国外电动四通球阀相比,一次性采购价格不超过其1/3;制造周期不超过其1/2;损耗蒸汽不超过其1/10。
根据开发要求,电动四通旋塞阀的设计主要由阀体、旋塞、阀盖、支架、阀杆、填料、填料压盖以及电动执行机构组成。采用下进侧出的铸造四通阀体,一个进口垂直向下,三个侧向出口以等角度均匀分布在一个平面上。旋塞采用上装结构,旋塞通过下部进口与阀体进口连通,通过圆锥面侧出口与阀体三个出口中的任意一个连通,从而形成封闭的阀腔通道。为满足高温操作条件下密封要求,阀体与旋塞采用金属金属硬密封。阀体上设置辅助蒸汽吹扫接口,分别向阀体内、阀体与旋塞密封面接合部以及填料密封处通入辅助密封蒸汽,可阻挡焦粉或固体颗粒泄漏,防止结焦,并减少蒸汽损耗。阀杆穿过阀盖与旋塞上部套接为一体,从而有效地带动旋塞升降和旋转运动。电动执行机构通过传动机构与阀杆联接为一体,一般采用双电动执行机构,一电动执行机构负责驱动阀杆旋转,另一电动执行机构负责驱动阀杆提升或下降。
电动四通旋塞阀具有以下特点:
(1)三个出口按120°均匀布置在同一平面上,三个出口等角分配,使四通旋塞阀在任意转动时不出现关闭状态,不会使四通旋塞阀的入口压力产生明显波动。
(2)四通旋塞阀的旋塞采用大锥角设计,以保证旋塞与阀体密封面不产生自锁,在高温条件下不会抱死。
(3)旋塞采用上装式结构有两个特点:一是可以在线检修,不需要拆掉四对法兰,二是在开工过程中一旦操作不当旋塞被抱死,可以通过支架上的调整螺栓把旋塞提起,保证正常切换。
(4)与波纹管四通球阀不同,吹扫蒸汽的特点是四通旋塞阀切换过程中吹扫蒸汽量远大于波纹管四通球阀切换时的蒸汽量,正常情况下四通旋塞阀腔体内的蒸汽被封闭。
(5)采用双电动机构驱动阀门,可实现提升-旋转-下降动作的顺序操作,可通过 PLC将上述动作按程序执行,实现一键式操作。四通旋塞阀在切换时先将旋塞提升约十几毫米,使其与阀座脱离再旋转,没有滑动摩擦。在阀门的试制过程中,制造单位还先后在耐高温合金钢四通阀体铸造、旋塞阀芯制造、阀体及阀芯密封面堆焊及研磨、以及双电动执行机构的组装等几个方面严把质量关,取得了创新和突破。
2 工业应用实践
2014年7月1日在中国石化塔河炼化有限责任公司延迟焦化装置焦炭塔 T1101E/F进料线上安装调试完毕。从2014年7月6日开始,经过焦炭塔进料线和大油气线蒸汽试压,升温等过程,阀门各密封点未见泄漏,阀芯升降顺利,阀门法兰、填料均未发生泄漏,处于关闭位置的阀门阀芯无内漏。
7月15日通入渣油,1h后塔内温度升至480℃,经测量进油管道外表温度300℃,旋塞阀的阀芯无内漏,阀门法兰、填料均未发生泄漏,阀门升降顺利。
7月16日中午四通阀进行切换,提升时间25s、旋转时间30s、下压时间25s,按顺序自动完成。高温渣油通过四通旋塞阀进入 T110F塔内,阀门密封法兰未发生泄漏,阀门升降、开关操作顺畅。焦炭塔切焦完毕,进入下一周期生产,阀门开关一切正常。
实际运行中,四通旋塞阀的吹扫蒸汽量在0~300kg/h波动,处于进料阀位时,吹扫蒸汽耗量较小,阀门在切换操作时,吹扫蒸汽耗量较大。
自2014年7月16日以来,经过3年多的使用,电动四通旋塞阀运行正常,没有出现结焦卡死、开关失灵现象,使装置得以顺利操作。其性能和质量满足装置工艺操作要求,达到了开发目标。
2016年10月,顺利通过了中国石化股份有限公司组织的新产品鉴定。
3 结束语
电动四通旋塞阀的开发投用,在四通旋塞阀结构设计和执行机构的配套等技术上取得了突破,实现了延迟焦化装置四通阀的国产化,可替代进口产品。电动四通旋塞阀的开发投用,满足了延迟焦化装置工艺生产操作要求,达到了预期的设计目标。
与同规格引进电动四通球阀相比,至少可节约一次性投资100万元,缩短交货期约6个月,降低了蒸汽消耗。而且还因吹扫蒸汽量的大幅减少,以及易损件种类和数量的减少,降低了操作费用和维修费用,优化了装置操作,可获得更好的综合经济效益。
