乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障分析及對(duì)策

韓巍

摘要：乙烯裂解裝置工藝復(fù)雜，乙烯裂解爐上的彈簧式蒸汽安全閥為處于高溫、高壓等惡劣工況的整個(gè)裝置提供了超壓保護(hù)，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。為了進(jìn)一步保證乙烯裂解爐蒸汽的正常工作，本文對(duì)線上蒸汽安全閥故障原因進(jìn)行了深入的研究，同時(shí)提出了相應(yīng)的解決對(duì)策，希望能促進(jìn)我國石油化工生產(chǎn)行業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：乙烯；蒸汽安全閥；裂解；故障分析

一、乙烯裂解爐概述

乙烯是石油化工生產(chǎn)必不可少的原料，對(duì)乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障進(jìn)行研究，提升乙烯裝置的工作效率對(duì)提升整個(gè)石化企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。乙烯裂解爐是乙烯裝置運(yùn)行的前提。原料通過此裝置使用高溫裂解工藝加工為產(chǎn)品，再進(jìn)行分離、凈化。要提高乙烯裝置的經(jīng)濟(jì)效益，就要降低原料在裂解爐的損耗量的同時(shí)，提高燃料的熱利用率。乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障不僅使影響生產(chǎn)速度，還會(huì)降低原料的利用率，給石油化工生產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失。

二、造成乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障的原因

（一）調(diào)校方面

調(diào)校是引起安全閥上線后泄漏的重要影響因素之一，主要是因?yàn)樵谡{(diào)校的時(shí)候忽略了冷態(tài)試驗(yàn)差壓力與整定壓力的差異。API52定義冷態(tài)試驗(yàn)差壓力需要在試驗(yàn)臺(tái)上將泄壓閥調(diào)整至開啟時(shí)的壓力狀態(tài)，冷態(tài)試驗(yàn)差壓力的確定需要包括對(duì)使用條件下背壓或溫度或兩者的修正，最大程度縮小試驗(yàn)臺(tái)整定壓力與上線后實(shí)際開啟壓力的差距。首先，乙烯裂解爐工藝管道處于高溫狀態(tài)，在高溫下下回引起閥桿、閥蓋等部件熱膨脹，彈簧的剛度也會(huì)隨之下降等影響開啟壓力，所以當(dāng)切換至冷態(tài)調(diào)試整定壓力時(shí)要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?；其次，高溫狀態(tài)下彈簧除了會(huì)發(fā)生通常的蠕變和松弛外，同時(shí)受分子熱運(yùn)動(dòng)的影響，造成原子間的間距加大，原子間結(jié)合力下降，材料彈性模量E和切變模量G數(shù)值下降；最后，當(dāng)溫度升高至100℃，E和G數(shù)值會(huì)下降3%～5%，而彈簧剛度同材料的彈性模量和切變模量成正比關(guān)系，所以就算彈簧的幾何尺寸不變，彈簧剛度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。因此，如果在出廠定壓或者校驗(yàn)時(shí)整定壓力未得到修正，上線后在高溫的狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)整定壓力降低，安全閥泄漏的情況。

（二）設(shè)計(jì)加工方面

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理也會(huì)引起安全閥故障。若閥瓣結(jié)構(gòu)不合理，在高溫狀態(tài)下下，溫度不平衡會(huì)造成閥瓣密封面變形不均勻，密封性下降，出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。首先，在泄漏嚴(yán)重的情況下，會(huì)造成高溫蒸汽介質(zhì)腐蝕安全閥密封面，受力面積擴(kuò)大，升力變大，嚴(yán)重的情況甚至?xí)霈F(xiàn)安全閥提前起跳的情況；其次，如果閥門加工精度不符合要求，閥門中性不好，使密封面上受力不均，一定程度上也會(huì)影響閥門的性能；最后當(dāng)閥門對(duì)中性不好時(shí)，閥門密封面上的受力不均勻，密封面局部密封力達(dá)不到整個(gè)面積上平均值，在密封力較低，就容易出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象。

（三）在線工藝管理方面

安全閥上線運(yùn)行后，管線壓力是不斷變化的，由于工藝過程中會(huì)出現(xiàn)壓力波動(dòng)現(xiàn)象，如果壓力波動(dòng)最大值超過安全閥密封壓力時(shí)，就容易造成安全閥泄漏的情況。

三、安全閥故障解決對(duì)策

（一）調(diào)校方面

在高溫、高壓環(huán)境下工作，需要事先對(duì)乙烯裂解爐蒸汽安全閥進(jìn)行調(diào)試，對(duì)溫度及背壓值進(jìn)行修正，計(jì)算壓差并乘以溫度修正系數(shù)，從而通過冷態(tài)試驗(yàn)差壓力計(jì)算公式：Pcd=（Ps-Pb）（1+I/100），計(jì)算冷態(tài)試驗(yàn)差壓力，Pcd代表冷態(tài)試驗(yàn)差壓力，Ps代表整定壓力，Pb代表恒定的附加背壓，單位為MPa；I代表溫度修正系數(shù)，單位為℃，不同制造廠家對(duì)對(duì)安全閥整定壓力修正值的修正是有所差別的，因此，還可對(duì)線上安全閥進(jìn)行在線校驗(yàn)，進(jìn)一步確定安全閥的在線真實(shí)起跳壓力。彈簧式安全閥的開啟、關(guān)閉動(dòng)作由其進(jìn)口端的介質(zhì)壓力變化和彈簧預(yù)緊力共同完成的。首先，當(dāng)介質(zhì)壓力升高到一定程度，使提升力大于彈簧預(yù)緊力時(shí)，閥芯克服彈簧預(yù)緊力自動(dòng)開啟，泄放多余的介質(zhì)，達(dá)到降壓的目的；其次，在彈簧力的作用下，壓力達(dá)到安全值時(shí)，閥芯自動(dòng)關(guān)閉，停止泄放。

（二）設(shè)計(jì)加工方面

如（圖1）所示：傳統(tǒng)的蒸汽安全閥的閥瓣為剛性閥瓣，密封面為環(huán)狀凸臺(tái)，滿意滿足高溫、高壓蒸汽介質(zhì)的密封性能要求，主要原因在于：第一，密封面內(nèi)外之間存在溫度差異，溫度分布不均勻?qū)е旅芊馔古_(tái)產(chǎn)生彎曲翹起而出現(xiàn)泄漏的狀況；第二由于密封比壓小，密封面上難以提供額外的補(bǔ)償壓力而發(fā)生泄漏，當(dāng)密封面出現(xiàn)泄漏的情況，整個(gè)密封面就會(huì)受到高溫蒸汽的沖蝕，導(dǎo)致蒸汽安全閥密封嚴(yán)重失效。

為解決乙烯裂解爐所處的高溫、高壓蒸汽容易出現(xiàn)的故障，可以將傳統(tǒng)的剛性安全閥的閥瓣設(shè)計(jì)為如圖2所示的彈性熱閥瓣結(jié)構(gòu)。

首先，彈性熱閥瓣是蒸汽安全閥維持高溫、高壓密封狀態(tài)的核心零件。這種特殊的密封唇結(jié)構(gòu)能夠加強(qiáng)介質(zhì)力的輔助密封作用，加大密封比壓，彈性設(shè)計(jì)使其起到密封補(bǔ)償作用，使閥瓣密封面與閥座密封面在開啟之前始終緊密貼合；其次，凹陷的閥瓣結(jié)構(gòu)能使密封面上溫度分布更為均勻，降低密封面變形的幾率，防止泄漏現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)生；最后，選用耐沖蝕性好的高強(qiáng)度航天用合金材料作為閥瓣的材料，進(jìn)一步保證安全閥在高溫、高壓下的密封效果。該乙烯裂解爐安全閥彈性熱閥瓣密封唇部分的溫度分布十分均勻，密封副部分溫度穩(wěn)定，有效的解決了因溫度分布不均而引起密封面彎曲翹曲起導(dǎo)致密封失效的情況。因此，在蒸汽安全閥的制造方面，應(yīng)當(dāng)確保加工質(zhì)量，從源頭保證安全閥性能。

（三）在線工藝管理方面

當(dāng)工作壓力與安全閥的整定壓力差異不大時(shí)，要減小工作壓力的浮動(dòng)，否則壓力浮動(dòng)過大會(huì)影響安全閥密封性。同時(shí)，為了防止工作介質(zhì)中的硬質(zhì)雜質(zhì)在安全閥正常開啟回座時(shí)對(duì)密封面造成傷害，所以保證工作介質(zhì)的清潔。

四、結(jié)束語

在高溫、高壓的復(fù)雜環(huán)境下，乙烯裂解裝置安全閥在線容易出現(xiàn)泄漏以及提前開啟等情況，因此，要進(jìn)一步完善裝置的調(diào)試、設(shè)計(jì)制造以及在線使用工藝管理等方面。除此之外，還要加強(qiáng)企業(yè)的管理水平，定期對(duì)員工進(jìn)行相關(guān)技能的培訓(xùn)，提高工作人員對(duì)設(shè)備的了解，避免因操作不規(guī)范給設(shè)備造成不必要的影響，同時(shí)，提高工作人員對(duì)安全閥故障的認(rèn)識(shí)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)采取正確的措施，降低安全閥故障引起的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]王穎.乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障分析及對(duì)策[J].石油化工設(shè)備，2015，44（06）：95-98.

[2]王子宗，何細(xì)藕.乙烯裝置裂解技術(shù)進(jìn)展及其國產(chǎn)化歷程[J].化工進(jìn)展，2014，33（01）：1-9.

[3]馬琳.乙烯裂解爐技術(shù)的進(jìn)展[J].化工設(shè)備與管道，2010，47（01）：12-15.