80萬t/年重油催化裝置滑閥典型事故分析

邢少偉，吳 明，陳 雷

(勝利油田石油化工總廠，山東 東營 257000)

勝利油田石油化工總廠重油催化裝置反應系統(tǒng)原有滑閥八臺，在2007年改造中，由于新增汽油反應系統(tǒng)而增加新滑閥三臺，在目前的11臺滑閥中有兩臺使用蒸汽作為反吹動力來源，其余滑閥使用風作為反吹動力。它們分別是汽油再生滑閥、重油再生滑閥，因為這兩個滑閥的下游有油氣不能與風接觸，故反吹動力只能使用蒸汽。反吹蒸汽主要布置在滑閥的兩個地方，一個是布置在滑閥閥桿填料函，起密封作用。另一個是布置在正對兩個導軌的位置，起不讓因催化劑沉積在導軌而阻礙閥板運動的作用。

滑閥通常的結構如圖1所示，一般由閥體和執(zhí)行機構組成，閥體主要由閥座圈、導軌、閥板、閥桿及緊固件等構成。為延長滑閥使用壽命，在閥體部分襯有隔熱耐磨襯里，結構較簡單，但是對材料以及安裝有很高的要求。

圖1

一、事故發(fā)生經(jīng)過

2008年7月5日上午10時，反應系統(tǒng)的崗位人員發(fā)現(xiàn)汽油再生滑閥雖大范圍開關，但對于催化劑的流動控制完全失效，導致汽油反應溫度急速下降，而使汽油反應系統(tǒng)切斷進料，結果是使整個裝置內(nèi)的汽油質(zhì)量不合格，最后整個裝置須停工搶修。

拆開滑閥后發(fā)現(xiàn)，兩臺用蒸汽作反吹動力的滑閥有嚴重損壞，其中汽油再生滑閥閥桿端部磨掉而使其與閥板完全脫開，致使滑閥開關失效。支撐閥板的導軌沿閥桿軸向被磨出兩個幾乎貫穿的深洞。閥桿左右噴嘴為蒸汽反吹噴嘴，這兩個噴嘴正對導軌，主要用來防止催化劑的沉積影響閥板運動。

導致汽油再生滑閥開關失效的主要原因是閥桿端部的T型頭和閥板的T型槽被磨掉，致使閥桿與閥板完全脫開。而導軌上的縱向深洞正對兩個蒸汽反吹噴嘴，因而反吹蒸汽噴嘴與導軌的磨損有不可避免的聯(lián)系。

重油再生滑閥閥桿局部磨損，右側導軌同樣磨出一個深洞。該滑閥按目前狀況也不會再使用多長時間。

該裝置自1997年開車以來，滑閥從未出現(xiàn)過如此嚴重的磨損情況，因為滑閥對于裝置的長期平穩(wěn)運行起著至關重要的作用，這種情況的出現(xiàn)引起了公司的高度重視。

二、事故原因分析

重油再生滑閥和汽油再生滑閥所通過的催化劑與高溫油氣接觸，所以該兩閥的反吹動力采用蒸汽而不用風，以避免油氣與風接觸產(chǎn)生閃爆，不利于安全生產(chǎn)。

在2007年的設備改造中，反吹蒸汽采用公稱壓力為2.5MPa、直徑為20mm的管線輸送，在集合管分支后加有直徑為3mm的孔板，經(jīng)節(jié)流后分別流向閥桿填料函和兩側導軌。根據(jù)流體力學中的伯努利方程和流動連續(xù)性方程,可以得到經(jīng)過孔板的流量與壓差之間的定量關系式：

式中：α——流量系數(shù)；

ε——膨脹校正系數(shù)；

d——節(jié)流板直徑；

△p——孔板前后差壓；

ρ1——孔板前的蒸汽密度。

從上面的公式可以得到反吹蒸汽經(jīng)過孔板離開蒸汽管時的速度v＝Q/A（A為蒸汽管的橫截面面積）。

由此可見，蒸汽在蒸汽管出口處的速度僅僅與孔板直徑的平方成正比，因此孔板直徑對于反吹蒸汽吹向閥桿T型頭及導軌的速度起著決定性的作用。

在舊的設計中，孔板直徑是2mm。這樣新的反吹蒸汽速度就是舊設計速度的2.25倍，可見孔板直徑的大小對反吹速度的影響極大。較高的蒸汽速度會增加催化劑的渦流速度以及對閥桿和導軌的磨損速度，大大降低滑閥的使用壽命。

另外，閥板及導軌和閥桿的材料選擇對于它們的耐沖刷能力影響重大，新設計中閥座圈閥板導軌及閥桿的材質(zhì)為0Cr19Ni9，而舊的設計中滑閥主體材料為GH180，相當于美國標準的Incoloy800H。

GH180在長期高溫應用中具有較高的冶金穩(wěn)定性，使用溫度最高可達1 100℃，且在高溫下易形成防護性能良好的氧化膜，該氧化膜具有足夠的黏附性，因此合金在抗氧化性能好的高溫下可承受反復加熱，氧化膜不易剝落，在較高溫度下具有高的持久強度和蠕變強度，在催化裝置反應系統(tǒng)中，由于催化劑的存在，需要滑閥材料具有很高的耐磨性能，而該種材料恰恰可以滿足這種要求。

在新設計中，由于再生滑閥采用0Cr19Ni9材料，當裝置反應系統(tǒng)操作非正常時，如長時間的碳堆和油氣互竄出現(xiàn)的高溫情況，最高溫度可達800～900℃，而0Cr19Ni9的正常使用溫度在700℃以下，這樣在高溫下其強度和耐磨度都大大下降，強度的降低主要表現(xiàn)在材料的石墨化傾向明顯，并出現(xiàn)材料的開裂，強度的降低往往會加速材料的磨損，這些情況也可以從前面的圖中看出。像汽油再生滑閥和重油再生滑閥與高溫催化劑緊密接觸，在選材時要充分考慮材料在非正常狀況下的耐高溫、耐磨性能。

三、采取的改進措施

一是將蒸汽限流板孔直徑由3mm改為舊設計的2mm，以降低反吹蒸汽速度，進而減小催化劑對材料的磨損。

二是將汽油再生滑閥和重油再生滑閥的主體材料由0Cr19Ni9升級為GH180。

從2010年大修時的情況來看，看滑閥主體材料在使用1年半后磨損輕微，仍可繼續(xù)使用，達到了預期效果。

［1］中國石油和石化工程研究會.煉油設備工程師手冊[M].中國石化出版社，2003.

［2］王懷義.石油化工管道安裝設計便查手冊[M].中國石化出版社,2003.

［3］張展等.機械設計通用手冊[M].中國勞動出版社,1993.

［4］石油大學自動化系.測量儀表與自動化[M].石油大學出版社,1993.