高压平行闸阀在加氢装置中的应用.pdf

第 4 8 卷第 3 期 2 0 1 2年 6 月 石油化工自动化 AUTOM AT1 0N I N PE TR _ CI { EM I CAL I NDUS TRY Vo 1 ． 4 8 ，No ． 3 J u n e ，2 0 1 2 高压平行 闸阀在加氢装置中的应用 苗同立 ， 汤锋 无锡市亚迪流体控制技术有限公司， 江苏 无锡 2 1 4 1 6 1 摘 要 高压加氢装置中使用的高压闸阀， 基本用于紧急切断和紧急放空， 对产品性能有很高的要求， 分为两种结构， 即传统的 楔形 闸阀和平行闸阀。描述 了如何在加氢装置中的高温 高压工况下选择合适的闸 阀； 主要介 绍 了各种 闸阀的结构 特点和适用 范围， 从而得出了新结构的高压平行闸阀更加适合在加氢装置中紧急切断和放空场合下适用。 关键词 紧急放空紧急切断高温高压危险气体楔形闸阀平行闸阀 中图分类号 T H1 3 8 ． 5 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 2 0 3 0 0 5 7 0 3 Ap pl i c a t i o n o f Hi g h- pr e s s u r e Pa r a l l e l M i a o To n g l i ， Ga t e Va l v e i n Hy d r o g e na t i o n Uni t Ta n g Fe ng W u x i Ya d i Fl u i d Co n t r o l Te c h n o l o g y Co ．L t d ． ，W u x i ，2 1 4 1 6 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t Hi g h p r e s s u r e g a t e v a l v e u s e d i n h i g h p r e s s u r e h y d r o g e n a t i o n u n i t i s b a s i c a l l y u s e d f o r c u t o f f a n d e me r g e n c y v e n t i n g，s h o wi n g v e r y b i g h r e q u i r e me n t s f o r p r o d u c t p e r f o r ma n c e ． Th e g a t e v a l v e h a s t wo s t r u c t u r e s t y p i c a l we d g e g a t e v a l v e a n d p a r a l l e l g a t e v a l v e ． Ho w t o s e l e c t p r o p e r g a t e v a l v e u n d e r t h e wo r k i n g c o n d i t i o n wi t h h i g h p r e s s u r e a n d h i g h t e mp e r a t u r e i s d e s c r i b e d ．S t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d a p p l i c a b l e r a n g e s o f a l l t y p e s o f g a t e v a l v e s a r e ma i n l y i n t r o d u c e d ． Th e r e f o r e ， h i g h p r e s s u r e g a t e v a l v e wi t h n e w s t r u c t u r e i s mo r e p r o p e r f o r a p p l i c a t i o n i n e me r g e n c y c u t o f f a n d e me r g e n c y v e n t i n g i n t h e h y d r o g e n a t i o n u n i t ． Ke y wo r d s e me r g e n c y v e n t i n g ； e me r g e n c y c u t - o f f ； h i g h p r e s s u r e a n d h i g h t e mp e r a t u r e ； d a n g e r o u s g a s ；we d g e g a t e v a l v e ；p a r a l l e l g a t e v a l v e 高压加氢装置是石油工业深加工 的一种重要 手段 ， 通过加氢工艺， 不但可以提高轻油 回收率， 而 且能够提高燃料油的质量 ， 从而提高炼油厂的整体 效益。 根据原 料 油 的不 同， 加 氢 工 艺分 为 汽 油 加 氢 、 柴油加氢 、 煤油加氢 、 渣 油加氢等 。由于介质 的特殊性 ， 加氢工艺 一般具 有高 压和 临氢状态 ， 并且伴随有硫化氢气体的产生， 不仅操作压力很 高 一般在 1 5 ～2 O MP a ， 而且介质为氢气 ， 易燃 易爆 。高压氢气具 有很大的能量 ， 一 旦 阀门出现 问题 ， 将产 生不可挽 回的损 失 ， 甚 至导致重 大事 故的发生 。 1 高压闸阀使用工况分析 加氢装置中使用的高压闸阀， 主要功能为紧急 切断和紧急放空 。紧急切断的介质为原料油 、 高低 分液 、 高低分气 ； 紧急放空的介质为高分气 。原料 油或高低分液都含有大量的氢气和硫化氢气体 ， 压 力为 6 ． 2 ～ 1 7 ． 2 MP a左 右， 有 时会伴 随着 高温。 因为需要 紧急处理 ， 所 以要求 闸阀动作 速度非常 快 ， 在 1 0 S以内， 而且要求实现零泄漏 。 目前这类阀门主要依赖进 口， 一方面是 由于位 置重要 ， 一般不敢尝试使用国内产 品； 另一方面是 国内很少有厂家能够提供与 国外产 品性能相当的 产品， 包括材料选择 ， 加工制造 ， 结构设计等 。 无锡亚迪流体控制技术有限公司于 2 0 0 6 年就 研发及制造 了此类 阀门， 2 0 0 7年在陕西 神木天元 化工有 限公司的加氢装置中得到实际验证 ， 使用效 果很好 ， 达到了进 口产 品质量及水平 ， 完全可以替 代国外进 口产品。 2阀门结构选择原则 该公司参照 国外的做法， 采用气 动 闸阀的结 构。国内闸阀大体有两种结构 楔形和平行 闸阀， 表 1 针对每种结构的具体特点进行分析， 以选择最 理想的闸阀结构 。 稿件收 到日期 2 0 1 2 0 3 0 1 。 实用新型专利 一种平行闸阀 专利号2 L 2 0 1 0 2 0 6 4 9 8 7 7 ． O 。 作者简介 苗 同立 1 9 7 7 一 ， 男 ， 安徽 太和人 ， 1 9 9 9年毕业 于合肥 工业大学机械设计及制 造专业 ， 现工作 于无锡市 亚迪流体 控制技 术有限公司 ， 任副总经理 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油化 工 自动化 第 4 8卷 表 1 楔形和平行 闸阀的比较 根据这四种闸阀的结构特点和加氢装置的实 际工况 ， 该公司采用双平行 闸阀结构 ， 阀体 阀盖采 用 A密封结构 ， 可以满足零泄漏 、 动作速度快、 耐高 温高压等要求 。下 面针对以上 四种结构特点具体 分析选择平行 闸阀的原因。 3 各种 闸阀具体结构特点 3 ． 1 常压楔形闸阀 垫圈密封型阀盖 常压楔形闸阀 垫圈密封型 阀盖 的结 构如 图 1所示 。 图 1 楔形 闸 阀 垫 圈密封型 阀盖 执行机构的力作用在 阀板上与阀座产生密封 比压 ， 从而达到密封效果 。阀盖与阀体靠垫 圈密 封， 密封压力不大于 4 ． 1 MP a ， 可设计上密封结构 。 当温度高于 4 0 0℃时 ， 由于阀板的膨胀导致阀杆的 向上膨胀 ， 此时需要选择气动执行机构 ； 如果选择 电动执行机构 ， 则阀杆很容易出现弯曲或动作不 良 现象。 在高温、 长期关 闭状态下， 阀打开时容易出现 卡死现象 ， 这是 由于内外膨胀的不均匀性所致。该 阀不可应用于危 险性介质 ， 如氢气等 ， 当快速关闭 时阀板对阀座会产生极大的冲击力 ， 容易产生火花 而出现危险状况 。 3 ． 2 楔形闸阀 自密封型 阀盖 楔形闸阀 自密封型阀盖 的结构如图 2所示 。 ＼ 丽 [ ＼ l 图 2 楔形 闸阀 自密封 型 阀盖 自密封结构可承受 6 ． 2 MP a以上 的压力 ， 采 用上密封结构 ， 其他特点和楔形 闸阀 垫 圈密封型 阀盖 相同。 3 ． 3 平行闸阀 楔形转平行 平行闸阀 楔形转平行 的结构如图 3所示 。 执行机构推动右侧阀板通过楔形面 ， 从而使平 行阀板与阀座产生密封比压 ， 达到密封效果 。可做 成上密封结构和 自密 封阀盖结构 ， 以承受更高压 力 。但是阀门在关闭时不能承受高温， 也不能长期 在高温下关闭， 这一点与楔形闸阀相同。 图 3 平行 闸阀 楔 形 转平行 3 ． 4 平行 闸 阀 绝 对 平行 闸阀 平行闸阀 绝对平行闸阀 的结构如图 4所示 。 依靠介质压力推动前 阀板， 压缩后 阀板 ， 后阀 板与阀座产生密封 比压 ， 达到严密关断效果 。阀前 压力越大 ， 密封效果越好 ， 特别适用于高温高压场 合。因为该 阀关闭时阀前与型腔贯通 ， 所以可长期 高温关闭。此外， 该 阀没有冲击密封力 ， 可用于危 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 苗同立等．高压平行闸阀在加氢装置中的应用 险介质开关 ， 动作平稳 。因为阀板可上下 自由膨 胀 ， 所 以可配置电动执行机构， 不会出现卡死现象 ； 该结构已经获得发明专利 。 圈 I l l l l l l l l n 半 ．n 图 4绝对平 行 闸阀 4 阀体及阀内件材料的选择及制造 因为介质基本上为氢气或含氢介质 ， 同时也伴 随硫化氢气体 ， 所 以所有材料 的选择应特别慎重， 必须符合 NA C E MR一 0 1 7 5抗硫化物腐蚀材料标 准中的规定 ， 特别是与介质接触 的零部件 。 对于加氢装置 中介质 的特点 ， 笔者认为采用锻 造的阀体结构最合理。铸造结构的阀体 ， 一方面其 铸造壁厚余量不大 ， 另一方面容易出现铸造缺陷 ， 如金属夹杂、 气孔 、 裂纹等缺陷， 导致氢气 的积聚， 诱发裂纹， 同时也容易出现氢脆现象； 在高温情况 下还容易出现脱碳现象， 从 而加速氢腐蚀 的进程。 另外 ， 大壁厚的铸造在 国内还不成熟， 很难避免 出 现以上问题 。因此 ， 笔者采用锻造方式。 除了采用锻造结构外 ， 应该对有害的金属元素 S ， P进行控制 ， 将其质量分数控制在 0 ． 0 2 以内， 最大质量分数只能放宽到 0 ． 0 3 ； 非金属夹杂物 要求不高于 2 ． 5 级 ； 晶粒度 碳钢与合金钢不低于 5级 ， 不锈钢不低 于 8级 ， 厚度大于 1 0 0 mm 时不 低于 6级。 除了对承压件的材料控制外 ， 对生产过程 中的 氯离子也应该严格控制， 尤其是填料和产品试压时， 氯离子质量分数应小于 5 1 0 ， 应采用氮氢混合 气进行试压。即使采用水压进行试验， 也一定要控 制水中的氯离子， 使其质量分数合格后方可进行。 所有的材料及焊接部位 ， 都要严格进行 UT探 伤， 探伤合格级别为 I 级 。 阀门选择的主要材料有 A1 0 5碳钢 ， 3 0 4 ， 3 1 6 ， 3 2 1 ， 3 4 7不锈钢等。其 中阀板 、 阀座 、 自密封部分 选用硬质司太立合金材料 ， 堆焊材料牌号分别 为 S I 、 L 1 2 ， S T L 6 ， S TL 2 1 ， 从 而确保 了不同零件 的硬 度使 用要 求 ， 而 且所 有 的堆 焊层 厚度 不得 小 于 2 i n i n 。 经过以上的材料控制和生产控制， 完全能够 满足加氢装置的要求 。 5 结束语 加氢装置使用的紧急切断和紧急放空 闸阀， 应 根据不同的工况进行选择 ， 不可盲 目地选择闸阀结 构。如在高温高压的情况下 ， 不可选择楔形闸阀， 只能选择平行闸阀结构。同时， 在高温高压下选择 执行机构时 ， 也需要注意高温膨胀性 ， 最好选择气 动执行机构来进行高温膨胀补偿 。若 一定要选择 电动执行机构 ， 则必须选择平行 闸阀结构 。 该公司研发的平行闸阀广泛应用在加氢装置、 电厂蒸汽系统 、 高压 乙烯 、 合成氨等紧急切断和紧 急放空的安全保护系统 中， 使用效果非 常好 ； 阀门 经第三方机构进行 了动作寿命试验 ， 满足 1 0万次 后仍达到零泄漏的目标。同时该阀门的使用 ， 改善 了平行高温高压闸阀长期以来依赖进 口的局面。 参考文献 [1 ] 陆培文． 实用 阀门设计手册 E M] ． 2版． 北京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 2] 郭 树才． 煤 化 工 工艺 学 E M] ．2版． 北 京 化 学 工 业 出版 社 ， 2 0 1 0 ． [ 3] 韩崇仁 ． 加 氢裂 化工 艺与 工程 [ M] ． 北 京 中 国石化 出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 4] Ame r i c a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e ．A P I 6 0 0 -- 2 0 0 9 S t e e l Ga t e Va l v e s Fl a n g e d a n d Bu t t we l d i n g En d s ， Bo l t e d Bo n n e t s [ S _ ．Wa s h i n gt o n D C A me ri c a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e ，2 0 0 9 ． [ 5] Ame r i c a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e ．A P I 6 D 2 0 0 8 S p e c i f i c a t i o n f o r P i p e l in e Va l v e s [ s ] ． Wa s h i n g t o n ， n C Am e r ic a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e ，2 0 0 8 ． [6 ] Ame r i c a n S o c i e t y o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r s ． AS ME B 1 6 ． 1 O 一 2 O 0 9 Fa c e t c r Fa c e a n d En d t o En d Di m e n s i o n s o f Va l v e s[ s ] ．Ne w Y o r k Ame r i c a n S o c i e t y o f Me c h a n i c a l En g i ne e r s ，2 0 0 9 ． [ 7] 中华人民共和国 国家质 量监督检 验检疫 总局 ， 中国 国家标 准化管理委员 会． GB ／ T 2 3 3 0 0 2 0 0 9平板 闸阀[ s ] ． 北 京 中国标准出版社 ， 2 0 0 9 ． [8 ] 国家发展和改革委员会 ． J B ／ T 8 8 5 8 2 0 0 4闸阀静压寿命 试验规程[ S ] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． [9 ] 中华人 民共和国工业 和信息化部． J B ／ T 6 4 3 8 2 0 1 1阀门密 封面等 离 子 弧堆 焊 技 术 要 求 [ s ] ． 北 京 机 械 工 业 出 版 社 ， 2 0 1 1 ． [ 1 0 ] 国家机械工业局 ． J B ／ T 5 3 2 4 2 1 9 9 9管线用 钢制平板 闸阀 产品质量分等r s ] ． 北 京 机械工、 【 出版社 ， 1 9 9 9 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m