電動(dòng)升降式高溫旋塞閥在延遲焦化裝置上的應(yīng)用

魏文，陳繼高，鄭志斌

（浙江石油化工有限公司，浙江舟山316000）

某公司延遲焦化裝置于2019年11月建成投產(chǎn)，采用中石化洛陽工程公司（LPEC）開發(fā)的“可靈活調(diào)節(jié)循環(huán)比”工藝、“兩爐四塔”流程，加熱爐、焦炭塔實(shí)現(xiàn)大型化。除焦部分采用LPEC開發(fā)的“安全環(huán)保型延遲焦化密閉除焦、輸送及存儲(chǔ)成套技術(shù)（S-CCHS）。焦炭塔操作方面采用程序控制與聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)，即Programmed Control & Interlock System for Coking Operation（Co-PCIS），Co-PCIS涵蓋焦炭塔全部操作步驟，包括焦炭塔操作生產(chǎn)過程（切換4通閥、生焦、小吹汽、大吹汽、給水、溢流、放水、開頂/底蓋機(jī)、水力除焦、關(guān)頂/底蓋機(jī)、蒸汽試壓、油氣暖塔）所涉及到的全部閥門、機(jī)械、設(shè)備，涵蓋焦炭塔操作的整個(gè)循環(huán)周期。

由于進(jìn)口高溫電動(dòng)球閥投資費(fèi)用高、維修不便、輔助密封蒸汽耗量大等原因，在設(shè)備采購的過程中經(jīng)過論證后選擇了一批電動(dòng)升降式高溫旋塞閥。主要用于焦炭塔的分支油氣管線、油氣放空線、加熱爐出口線、分餾塔底部過濾器、甩油過濾器等部位，全裝置共使用40多臺，其中焦炭塔部分的閥門全部進(jìn)入安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。裝置開工后閥門運(yùn)行工況良好。

1 閥門介紹

旋塞閥動(dòng)作通過電動(dòng)升降式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按提升、旋轉(zhuǎn)、下降順序自動(dòng)完成，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可以很好的實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)化操作。該閥主要由閥體、閥芯、閥蓋、支撐環(huán)、盤根、墊片、螺柱、螺母、填料壓蓋、配對法蘭、蒸汽管和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)見圖1。

旋塞閥閥芯為空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在密封力作用下能產(chǎn)生彈性變形，補(bǔ)償閥門高溫變形，提高密封效果。閥體與旋塞構(gòu)成封閉空間的閥腔，減少輔助密封蒸汽的損耗，旋塞下部與閥體中部的耳軸套接，上部與閥桿套接。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分主要由聯(lián)接體、限位軸、下摩擦副、傳動(dòng)絲杠、上摩擦副、蝸輪、蝸桿、上碟簧等構(gòu)成。

安裝固定在傳動(dòng)絲杠上端支架上，通過蝸桿與蝸輪傳動(dòng)。傳動(dòng)絲杠中部設(shè)有圓形臺階，臺階的上部安裝有上碟簧、上摩擦副，上碟簧、上摩擦副通過花鍵與傳動(dòng)絲杠徑向聯(lián)接，用彈性卡圈與擋圈軸向定位。臺階下部安裝有下碟簧、下摩擦副，通過花鍵與傳動(dòng)絲杠徑向聯(lián)接，通過彈性卡圈與擋圈軸向定位。

聯(lián)接體通過銷軸與閥桿聯(lián)接。閥體上端的閥蓋中部裝有閥桿和填料壓蓋，側(cè)面安裝有蒸汽法蘭。其中蝸輪中心設(shè)有2頭右旋梯形螺紋，聯(lián)接體中心設(shè)有左旋梯形螺紋［1］。通過1個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置使旋塞自動(dòng)完成提升、旋轉(zhuǎn)、下降順序動(dòng)作，旋塞旋轉(zhuǎn)時(shí)閥門密封面無摩擦，驅(qū)動(dòng)力矩小，使用壽命長。旋塞下降動(dòng)作通過螺旋效應(yīng)增大密封力，旋塞的空心結(jié)構(gòu)可補(bǔ)償閥門高溫變形，提高密封效果，閥腔始終是封閉空間，防止蒸汽泄漏。

2 優(yōu)勢分析

2.1 閥門結(jié)構(gòu)

根據(jù)延遲焦化裝置間歇生產(chǎn)的特性，高溫部位的閥門既要滿足高溫要求，還要能承受溫度變化，須有溫度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。閥門的開啟及關(guān)閉應(yīng)1次操作，開啟力矩小，無潤滑。閥體上不允許有焊縫，閥門應(yīng)為整體制造（包括法蘭），合金鋼閥門應(yīng)進(jìn)行正火+回火熱處理。在焦炭塔分支油氣管線、油氣放空線、加熱爐出口線、分餾塔底部過濾器、甩油過濾器等部位使用時(shí)，還應(yīng)有較好的防結(jié)焦性能。為了提高密封性、減少蒸汽消耗，這種旋塞閥采用了彈性金屬密封閥座，當(dāng)溫度變化引起閥體變形時(shí)由彈性金屬密封閥座補(bǔ)償。相較而言，旋塞閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)于閘閥和球閥，閥芯與閥體硬接觸的形式可以減少結(jié)焦，也有利于破壞焦層，避免閥道結(jié)焦而無法完全關(guān)閉。閥門參數(shù)見表1。

2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是1種能提供直線或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，包含了位置傳感裝置、力矩傳感裝置、保護(hù)裝置、邏輯控制裝置等，這些機(jī)構(gòu)或者模塊安裝在1個(gè)緊湊的外殼里面［2］。

常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式有3種：電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)。根據(jù)裝置操作特性，優(yōu)先選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對比分析見表2。

綜合來看，由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)成本適中，輸出推力大、運(yùn)行穩(wěn)定，電能獲取容易，且參數(shù)控制可以達(dá)到非常精準(zhǔn)的狀態(tài)，所以這批閥門優(yōu)選電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2.3 耗能情況

延遲焦化裝置的管路介質(zhì)中含焦油氣、溫度高（500℃）、伴隨有H2S和焦粉固體顆粒，且易結(jié)焦，閥門很容易出現(xiàn)卡澀故障［3］。要求閥門除了具有良好的密封性能外，還應(yīng)有耐高溫、耐H2S腐蝕、防止結(jié)焦等功能。

因此，旋塞閥在閥體和閥蓋上設(shè)置了吹掃截止閥，通過吹掃管與閥腔連接。使用蒸汽吹掃和輔助密封，蒸汽壓力始終大于介質(zhì)壓力，防止閥內(nèi)結(jié)焦。與球閥相比蒸汽消耗量更小，見表3。

表3 蒸汽消耗

3 注意事項(xiàng)

3.1 密封蒸汽

旋塞閥閥芯上下2端面各有1個(gè)蒸汽管，當(dāng)閥芯密封面與閥體密封面分離時(shí)，蒸汽迅速通過密封面間隙進(jìn)入2密封面間，阻止油氣和焦粉顆粒沉積，防止密封面結(jié)焦。因此須在管路上安裝孔板及旁路，正常情況下孔板全量通過，確保閥門開關(guān)過程中有足夠的蒸汽量將雜質(zhì)吹回管線內(nèi)［4］。定期檢查蒸汽壓力和旋塞閥上蒸汽管溫度，一旦發(fā)現(xiàn)異常，需立即開大孔板旁路進(jìn)行吹掃。

3.2 填料函

制造時(shí)選用質(zhì)量好填料函，推薦加鎳絲的柔性石墨編織填料和柔性石墨環(huán)搭配使用，比單純使用石墨編織填料效果好。柔性石墨填料裝好后要用填料壓蓋預(yù)緊，預(yù)緊時(shí)要達(dá)到密封效果且預(yù)緊程度較小。過緊會(huì)使填料發(fā)生蠕變，使用一段時(shí)間后密封面接觸應(yīng)力發(fā)生變化而逐漸失效，同時(shí)也會(huì)使閥芯在提升和旋轉(zhuǎn)時(shí)增大電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)扭矩。填料函和閥桿的表面粗糙度一般應(yīng)小于Ra0.8μm，制造時(shí)應(yīng)對相關(guān)零部件有嚴(yán)格的精度要求和配合精度要求［5］。

3.3 閥芯

對于閥芯直徑較小的閥門可以在磨床上進(jìn)行磨削加工，對于閥芯直徑較大的閥門需人工輔助研磨，使閥體與閥芯完全吻合并提高表面精度。設(shè)計(jì)閥體與閥芯時(shí)兩密封面要采用同一尺寸作為加工基準(zhǔn)，減小加工誤差，制造時(shí)要考慮誤差對密封面的影響，加工過程中注意各個(gè)連接件螺栓孔的相位，減少螺栓孔相位的累積誤差，相位差控制在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)允許范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

裝置應(yīng)用證明，電動(dòng)升降式高溫旋塞閥已能滿足延遲焦化工藝要求。延遲焦化裝置高溫部位閥門的運(yùn)行工況關(guān)系著裝置運(yùn)行，一旦泄漏就會(huì)發(fā)生火災(zāi)。所以運(yùn)行中要做好日常管理，確保密封蒸汽正常注入，防止泄漏、結(jié)焦。近幾年國內(nèi)煉油化工行業(yè)正在經(jīng)歷大發(fā)展，此種電動(dòng)升降式高溫旋塞閥的應(yīng)用范圍將會(huì)不斷擴(kuò)大。