乙烯裂解大閥密封結(jié)構(gòu)修復(fù)及預(yù)防處理方法

劉洋

摘 要：本文結(jié)合裂解閥的閥座密封面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了閥座硬化材料司太立的特性及其在堆焊中的影響因素，獲得了現(xiàn)場條件下修復(fù)裂解閥閥座合金密封面的工藝方法。

關(guān)鍵詞：裂解閥；司太立；堆焊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.014

0 引言

雙閘板閥是乙烯工藝裂解的關(guān)鍵設(shè)備之一，安裝裂解爐出口用于切斷帶有焦油的高溫裂解氣。雙閘板閥的運(yùn)行狀態(tài)直接影響裂解爐的運(yùn)行和安全。隨著乙烯裂解裝置運(yùn)行周期的延長造成了閥門超長周期服役運(yùn)行，閥門閥座硬密封出現(xiàn)不同程度損壞或拉傷，長期運(yùn)行下來，加劇閥門損壞程度，對檢維閥門帶來更大的修復(fù)難度。同時，雙閘板閥門的密封面修復(fù)及質(zhì)量驗收保證，對整個裝置的高負(fù)荷生產(chǎn)提供了有利保證。

1 裂解閥的密封結(jié)構(gòu)及損壞原因分析

圖1為帶導(dǎo)流裝置的雙閘板平行式裂解閥，主要由閥體1、閥座2、閥板3、導(dǎo)流裝置4、導(dǎo)板5組成，兩個閘板與導(dǎo)流裝置分別安裝在眼鏡式的閥架中，當(dāng)閥門關(guān)閉時，兩閘板被楔塊撐開緊密地壓在閥座上，形成強(qiáng)制密封。當(dāng)閥門完全開啟時，導(dǎo)流裝置（《一種閥門用開位密封導(dǎo)流裝置》，已申請專利）和閥座形成彈性密封，防止介質(zhì)進(jìn)入閥腔。

導(dǎo)流裝置密封面a、閥板密封面b分別與閥座密封面c形成開位密封副和關(guān)位密封副。密封面一般采用整體堆焊鈷鉻鎢合金Stellite6，該合金在高溫條件下長期使用損壞情況有輕微劃痕、整體磨損、合金缺失、漸進(jìn)式缺失、貫穿性劃傷幾種情況。

密封面損壞原因分析可分為：

（1）密封面接觸摩擦。因為雙閘板閥門膨脹節(jié)與閥座開位彈性密封原理，膨脹節(jié)在過盈狀態(tài)下裝配，所以合金硬密封面出現(xiàn)少量輕微痕跡，或者出現(xiàn)硬密封面均勻磨損都屬于正常使用下造成的結(jié)果（存在膠粉卡澀，長期開關(guān)時造成拉傷）。

（2）閥門開啟（100%）、關(guān)閉不到位（0%）。雙閘板閥在長期使用過程中密封面造成損壞，主要是介質(zhì)壓力變化、氣相冷凝下焦油、膠粉堆積在此處，日積月累則造成硬密封面磨損，導(dǎo)致泄露量增大。蒸汽和裂解氣在密封面處形成高速的流動，加劇密封面沖刷，局部出現(xiàn)不同程度的深淺劃痕。對檢修閥門的修復(fù)帶來更大難度。

（3）閥門內(nèi)件間隙中焦塊卡阻。在密封面與眼鏡板中間，開啟閥門時受到阻礙，為了滿足工藝生產(chǎn)需求，有時硬性開啟或著關(guān)閉閥門（人力搖手輪、風(fēng)動馬達(dá)等），尤其風(fēng)動馬達(dá)動力大，則加劇了合金硬密封面貫穿性劃傷，一般情況這種密封面損壞的特點(diǎn)比正常磨損的寬度、深度都要大，并且合金損失較大。

2 雙閘板閥合金硬密封面修復(fù)的難點(diǎn)

2.1 閥座合金特性

雙閘板閥座堆焊材料為司太立合金（Stellite6），Stellite6屬于Co-Cr-W-C系列合金，該系列是司太立合金的經(jīng)典系列，特點(diǎn)是合金元素少，含碳量均較高。此產(chǎn)品耐磨性能好、硬度高、抗高溫、抗氣蝕性能強(qiáng)、韌性較差[1]。

雙閘板閥座的材質(zhì)為15CrMo，15CrMo合金鋼管以低碳和低硫為主要特征。常用的合金元素按其在15CrMo合金鋼管的強(qiáng)化機(jī)制中的作用可分為：固溶強(qiáng)化元素（Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等）；細(xì)化晶粒元素（Al、Nb、V、Ti、N等）；沉淀硬化元素（Nb、V、Ti等）以及相變強(qiáng)化元素（Mn、Si、Mo等）。從而可大大改善15CrMo合金鋼管的韌性和焊接性能，控制不當(dāng)時容易出現(xiàn)焊縫裂紋，作為Stellite6合金堆焊基材兩者屬于異種金屬焊接。

Stellite6合金的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.035X4.1868J/cm-2·cm-1·S-1·℃-1，導(dǎo)熱性能較差。具有較好的應(yīng)力松弛性能，當(dāng)達(dá)到某一消除應(yīng)力的溫度后應(yīng)力迅速下降，溫度在800℃以上時應(yīng)力就會消除。這些特點(diǎn)是現(xiàn)場修復(fù)合金閥座的必須掌握的材料特性，對于焊接的熱輸入量控制及補(bǔ)焊后的熱處理具有尤為重要的意義。

15CrMo鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強(qiáng)性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。由于鋼中含有較高含量的Cr、C和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊接性差。

3 裂解閥閥座現(xiàn)場修復(fù)的工藝方法

在現(xiàn)場閥座修復(fù)過程中，需從焊前準(zhǔn)備、補(bǔ)焊過程及補(bǔ)焊后處理各個環(huán)節(jié)做好充分準(zhǔn)備工作。

3.1 焊前準(zhǔn)備

3.1.1 堆焊區(qū)域檢查及表面處理

檢查需要堆焊范圍，確定寬度、深度、有條件下進(jìn)行劃線標(biāo)識， 由于Stellite合金的氧化性，首先用角向砂輪打磨徹底清理去除堆焊部位20mm范圍內(nèi)的滲碳層，打磨深度應(yīng)大于0.4mm，測量打磨部位的硬度值，并保證施焊區(qū)域達(dá)到HB185～321的要求。按照J(rèn)B4730-94檢測標(biāo)準(zhǔn)，檢查打磨后的導(dǎo)向凸肩表面質(zhì)量不得有裂紋、夾渣等缺陷，達(dá)到I級標(biāo)準(zhǔn)為合格。然后用丙酮清洗閥座焊接部位及其周圍50mm范圍內(nèi)，保證無水、油等；用砂紙清除氬弧焊絲表面的油污和銹斑等贓物。

3.1.2 溫度控制

焊接工藝及參數(shù)采用氧乙炔火焰加熱的方法進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為350～400℃，用測溫儀測量預(yù)熱溫度，堆焊部位露出，其他部位用保溫材料進(jìn)行包覆，避免燒傷。預(yù)熱溫度達(dá)到后開始焊接，溫度控制在300～400℃。

3.2 合金面堆焊

3.2.1 硬密封面堆焊

堆焊要求：直流正解，電壓范圍10～15V，焊接速度最好為30～50mm/min，每道擺動寬度<10mm，每層堆焊厚度<4mm，焊接過程中不許產(chǎn)生任何缺陷，重點(diǎn)檢查引、收弧處，發(fā)現(xiàn)缺陷立即打磨，去掉氧化層，進(jìn)行補(bǔ)焊，焊后進(jìn)行局部熱處理，熱處理采用火焰加熱至640～660℃，保溫30min，用測溫工具進(jìn)行檢測，升溫及冷卻速度 <300℃/h，冷卻時最好用硅酸鋁纖維毯包覆降溫。

對堆焊后的焊件進(jìn)行著色、超聲波探傷檢查，檢測堆焊位置沒有裂紋、氣孔等缺陷，同時進(jìn)行硬度測試，硬度值必須達(dá)到與木材相近，滿足合金面使用性能。

4 預(yù)防處理辦法

（1）控制好閥門切換時的閥前壓力變化，在確保介質(zhì)不到串情況下，盡量降低閥前工藝壓力，減小介質(zhì)流速，從而減輕介質(zhì)對閥體密封面驟然沖刷。

（2）安排專人定期檢查閥體溫度變化，主要檢查防焦蒸汽（MS）是否暢通，建立起巡檢臺賬并做好記錄，做好分析趨勢圖，調(diào)整減少氣態(tài)膠粉冷凝，保證防焦蒸汽及時帶出膠粉。

（3）閥門開啟時遇到卡澀時，由專業(yè)設(shè)備人員檢查卡澀情況后再確認(rèn)是否使用手輪開關(guān)，避免盲目強(qiáng)制操作，影響大閥長周期運(yùn)行。

5 結(jié)束語

乙烯裝置雙閘板閥門正常使用保證整個裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行，同行業(yè)交流得知，隨著運(yùn)行周期增加，及操作不當(dāng)，造成裂解氣閥門及清焦閥門閥座硬密封過度磨損及拉傷嚴(yán)重，本文中對雙閘板閥門現(xiàn)場修復(fù)工作能夠滿足閥門要求，通過閥門密封面堆焊總結(jié)經(jīng)驗及操作預(yù)防處理辦法，制定焊接指導(dǎo)書及工藝操作，同時要求類似硬密封閥門修復(fù)質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]操龍光，徐飛，鄧鵬.低合金鋼熱膨脹系數(shù)測定和分析[J].材料科學(xué)與工藝，2013（06）.