冷壁滑阀与热壁滑阀结构特点与应用.pdf
第 4 2卷第 4期 2 0 1 3年 7月 石油化工设备 P ETR0一 CHEMI CAL EQUI PMENT Vo1 . 42 No .4 J u l y 2 0 1 3 文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 3 0 4 0 0 5 5 0 5 冷壁滑 阀与热壁滑 阀结构特点与应用 刘 玉 香 L 。 1 . 渤海装备 兰州石油化工机械厂 ,甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 ; 2 . 甘肃省炼化特种装 备工程技 术研 究中心 ,甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 摘要滑阀作为炼油化工生产催化裂化装置的重要设备之一, 其运行状况对整个装置起 着关键 的 作 用 。对冷 壁 滑 阀及 热壁 滑 阀的 结构特 点 、 应 用等方 面进行 了详 细 阐述和 比较 。 关键 词 滑阀;结构特点;应用 中图分 类号 TQ 0 5 0 . 5 ;TE 9 6 9 文献 标 志码 B d o i 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 0 7 4 6 6 . 2 0 1 3 . 0 4 . 0 1 4 Co m p a r i s o n a n d Ap p l i c a t i o n o f S t r u c t u r e Ch a r a c t e r i s t i c f o r Co l d W a l l S l i d e Va l v e a n d Ho t W a l l S l i d e Va l v e LI U Yu x i a ng 1 . Boh a i Eq ui pme nt La nz ho u Pe t r oc he m i c a l M a c hi n e r y Fa c t or y, La nz ho u 7 3 00 6 0, Chi n a; 2 .Ga ns u Pr o v i nc e Pe t r oc he m i c a l S pe c i a l Eq ui p me nt En gi n e e r i n g Te c h no l o gy Re s e a r c h Ce nt e r 。 La nz ho u 7 3 O 06 O。 Ch i na Ab s t r a c t S l i d e v a l v e o f c a t a l y t i c c r a c k i n g u n i t i s o n e o f i mp o r t a n t p a r t s i n t h e r e f i n i n g a n d c h e mi c a l pr o du c t i on,i t s wo r ki n g o pe r a t i o n i s t he ke y t o c o r r e s po nd i ng u ni t .The c ol d wa l l s l i d e v a l ve a nd ho t wa l l s l i d e v a l v e s t r uc t ur e we r e d i s c us s e d a nd c omp a r e d i n d e t a i l ,i t i s po i n t e d o ut t ha t t h e s t r uc t ur e c ha r a c t e r i s t i c s a nd a p pl i c a t i o n p r i nc i pl e,a pp a r a t u s f o r p r od uc i n g t he e qu i p m e nt s e l e c t i on h a s i mpo r t a nt g ui d i ng s i g ni f i c a n c e . Ke y wo r d s s l i d e v a l v e ;s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c ;a p p l i c a t i o n 滑 阀是 利用 阀芯 柱塞 、 阀瓣 在 密 封面 上滑 动 , 改变流体进 出 口通道位置 以控 制流体流 向的分流 阀, 是炼油催化裂化装置操作控 制上极其重要 的设 备之 一 。滑 阀具 有 多 种 多样 的形 式 , 按 隔热 形 式 可 以分 为外 保 温 的热壁 滑 阀和 内设 隔热耐 磨衬 里 的冷 壁滑 阀 , 按 阀板作 用 形 式 可 以分 为 单动 滑 阀和 双 动 滑 阀两种 。单动 滑 阀 用 在催 化 裂 化 装 置 中反 应 器/ 再 生器部 分 , 用 于调 节 催 化 剂 流 量 以及 开 停 工 或 发 生事 故 时切 断催 化 剂 循 环 。双 动 滑 阀用 在 烟 道 上 , 用 于调节 两 器压 差 。 热壁滑阀在生产工艺 、 现场检修 、 安全隐患及制 造难 度等 方 面存 在一 定 的问题 , 鉴于 热壁 滑 阀在高 温 中使用时产生的一些新问题 。在滑阀设计结构上 进 行 了改进 , 现新设 计 的多为 冷壁滑 阀 , 一 般设定 阀 体外壁的温度不大于 3 5 0。C, 比热壁滑阀阀体外壁 的温度低 得 多 。 1 滑 阀 结构 冷壁与热壁滑阀均 由阀体、 阀盖、 节流锥 、 阀座 圈、 导轨 、 阀杆及衬里组成, 内部结构也相同。 1 . 1 材质 热壁滑阀外壁温度较高 , 当设计温度在 7 8 0。 C 以下时, 一般采用 1 C r l 8 Ni 9 T i 材料制造; 设计温度 在 9 0 0℃时 , 使用 GH1 8 0等高温合金材料制造。 收 稿 日期 2 0 1 3 0 2 - 1 0 基金项 目甘肃省科技计划 资助项 目 1 2 0 6 G TG A0 1 4 作者简介 刘玉香 1 9 6 2 一 , 女 , 甘肃 民勤人 , 工程师 , 主要从事炼 油行业特种 阀门设计 与审核工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 3年第 4 2卷 冷壁 滑 阀的 阀体 外壁 的温度 较 低 , 其设 计 温度 均在 1 5 0 ~3 5 0℃ , 可 以选 用 2 0 g 、 1 6 Mn R等 大 量 生 产 的钢材 制造 , 生产 成本低 l 】 。 ] 。 1 . 2 阀体 1 . 2 . 1 热 壁 滑 阀 ①热壁滑阀阀体与管线为异种钢, 焊接工艺复 杂 、 焊接 难 度 大 。② 阀壁 温度 高 、 热 膨胀 量 大 , 管线 热补 偿难 度也较 大 。③ 阀体 与 阀盖连 接处 的法兰工 作温度高 , 易产生泄漏 。④阀体尺寸较小, 阀体内仅 衬单 层龟 甲网耐磨衬 里 , 易 于施工 。 1 . 2 . 2冷 壁 滑 阀 ] 特点 ① 冷壁滑 阀与斜 立 管可 在现场 焊接 , 施 工 方便 。② 阀体壁 温低 , 强 度设计 易 满足 , 热 膨胀 量 小 , 有利于管线热补偿。③阀体与 阀盖连接处 的法 兰工作温度低 , 密封可靠。④结构尺寸较大 , 阀体 内 设隔热耐磨双层衬里, 结构复杂 , 施工要求高。 1 . 3 节流锥 滑 阀一 般 均设 有 节 流锥 , 使 被 控制 介质 在 滑 阀 调节开 口的前端有较好的流动状态, 避免 因产生紊 流 而加大 流通介 质对 零件 的 冲蚀 , 改 善其调 节性 能 。 冷 壁滑 阀与热 壁滑 阀节 流锥在 阀体上 的安装 形 式 有着 非常 大的不 同点 。 1 . 3 . 1 热壁 滑 阀 热 壁 滑 阀节 流锥 安 装在 阀体 的底 座上 , 由下 端 向上用 螺栓 固定 。节流锥 所受 的介质 压力 由底 座承 担 , 在热 态下 节流锥 向上 伸长 压缩上 端 的衬 里层 , 其 结 构示 意 图见 图 1 。 底 座 螺栓 图 1热 壁 滑 阀节 流 锥 结 构 不 图 1 . 3 . 2 冷壁滑 阀 冷壁滑 阀节流锥一般采用焊接的形式与阀体相 连 , 不 设底 盘 , 其 结构 又分 为 加强 圈焊 接 型 、 加 过渡 段型 、 加弹性过渡段型和螺栓连接型 。这些均有同 一 特点, 即在高温工作状态下节流锥可 以 自由向下 膨胀 , 不会对衬里层产生影响。 加强 圈焊 接型节 流锥 结构 见 图 2 。从 图 中可 以 看出, 加强圈直接焊接在阀体上 , 加强圈一般选用了 与 阀体 相 同的材料 制造 , 容易得 到理想 的焊缝 质量 。 节流锥的大端支在加强 圈上 , 最后与阀体焊接 。设 置加强 圈 的 目的在 于对节 流锥 的焊缝进 行加 强 。 加强圈 幽 2冷 壁 滑 阀加 强 圈 焊 接 型 节 流锥 结 构 不 图 螺栓连接型节流锥结构见图 3 。从 图中可 以看 出, 阀体上焊接一个与其材料相同的座圈, 节流锥上 部也 焊接一 个与 其相 同材 料 的法 兰 , 装 配 时法 兰 安 装在 座 圈上 , 用螺 栓加 以 固定 , 同时节 流锥 的孔开 成 长形孔 , 解决 了节 流锥 与 阀体 因材 料 不 同造 成 膨 胀 量不 同 的问题 。 图 3螺 栓 连 接 型节 ’流锥 结 构 不 图 1 . 4 阀座圈及导轨 1 . 4 . 1 热壁 滑 阀 热 壁 滑 阀阀座 圈安装 在 底 盘底 部 , 而底 盘 与 阀 体焊接成一整体。由于 阀体 内部及 阀体筒壁 的温 差, 在高温下底盘内部及外圆膨胀不一致而变形, 使 阀座圈及导轨变形 , 间隙减小 , 引起阀板卡住 。 一 般工作一个周期后 , 催化剂对 阀座圈的冲刷 磨 损均 在 5 ~ 1 0 mm 以上 。 1 . 4 . 2 冷壁滑阀 冷壁滑阀阀座圈金属部分采用平板式, 与阀板 相对 的衬里 层设 在金 属 平 面 上形 成 台 阶式 , 可 以用 厚钢 板制造 , 此种 结 构 能极 大 地 减少 催 化 剂对 阀座 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 刘玉香 冷 壁滑阀与热壁滑阀结构特点与应用 圈金属平面的冲刷磨损 。 导轨 安 装 在 阀座 圈 的 小 台 阶上 , 接 缝 不受 气 流 的直 接 冲刷 。阀座 圈安 装 在 节 流锥 下 端 平 面 上 , 冷 壁 滑 阀 阀座 圈与节 流锥 安装 结构 示 图见 图 4 。 阀板 图 4冷 壁 滑 阀 阀 座 圈 与 节 流 锥 安 装 不 图 在 高 温下 节 流 锥 能 自 由膨 胀 , 没 有 约束 力 , 节 流 锥 端 面 不 易 变 形 , 不 会 引 起 阀 座 圈及 导 轨 的变 形使间隙减 小 、 阀板卡住 的现象 发生 。导轨 的设 计 采 用 L型结 构 。从某 石 化 公 司 催 化 装 置 的使 用 情 况 足 以证 明 , 用 L型结 构 导 轨 及 上 述 阀 座 圈 后 , 经一个周期 的运转使 用 , 阀座 圈金属 平面无 明显 磨 损 , 导轨 只 出现 了 深 度 为 0 . 5 mm 左 右 、 宽 度 不 大 的沟 槽 。 导轨 的安装远离 阀口, 更提高了导轨的使用寿 命 。而阀座圈的衬里表面经过机械磨削 , 表面光滑 平整, 容易保证安装间隙及减少磨损。 1 . 5 填料 1 . 5 . 1 热 壁 滑 阀 热壁滑阀采用单组填料密封 , 一旦填料泄漏便 后果严重 , 甚至会造成装置停工。 1 . 5 . 2 冷 壁 滑 阀 冷壁 滑 阀填 料 均 采 用 了 双填 料 密封 结 构 , 结 构 型式 有两种 , 见 图 5 。 图 5 a中采用 了不 同规 格 的两组 填料 , 中间有 隔 环 隔 开 , 隔环用 螺 栓定 位 , 内腔填 料 为 副 填 料 , 装 配 时不压紧, 平常不起密封作用 。外腔为主填料 , 尺寸 较大 , 安装时压得较紧, 平常起密封作用 , 一旦 主填 料产生泄漏时 , 可以在副填料 的液体填料注人 口注 入液体填料 液体填料可 以是二硫化钼润滑剂或机 油拌石墨石棉粉末 , 利用液体填料压紧副填料 , 消 除泄漏后可更换主填料 , 解决运转过程中填料泄漏 的 问题 。 液体填料注人口 副填料 隔环 a 不 同规 格 液体填料注入 口 b 单 一 规 格 图 5 双填料密封结构示 图 图 5 b中采用 了一 种规格 的填 料 , 用 双压 盖 的结 构对 两 组填料 分 别 进 行压 紧 , 内腔 为 主填 料 , 外 腔 为 副填 料 , 平 常 用 主 填 料 密 封 , 一 旦 主 填 料 产 生 泄 漏 , 可以用副填料保护。如果主、 副填料均产生泄漏 时, 也可在主填料 的加液 E l 注入上述的液体填料进 行强制密封 , 同时还可在此时更换外腔的副填料。 两 种双 填料 结 构均 有 一 个 共 同 的特 点 , 在 一 组 填料产生失效 时都可以更换 , 使滑阀的操作不会因 填 料 的失效 而 中断 。 1 . 6 阀杆 1 . 6 . 1 热 壁 滑 阀 热壁滑阀是在阀杆表面进行渗氮处理来提高阀 杆 的 耐用 度 。渗 氮 层 的 最 高 使用 温 度 约 为 6 0 0℃ , 改用渗硼处理后 , 由于其含合金元素高, 渗硼工艺性 差 , 渗硼层很浅 , 容易产生剥落和弯曲。 1 . 6 . 2 冷壁滑 阀 冷壁滑阀阀杆采用了表面喷焊硬质合金的新工 艺 , 经喷焊后再进行精加工 , 阀杆加工精度高。喷焊 层 比渗硼层厚度增加许多 , 而且表面粗糙度等级高, 有利于填料的密封和延长使用寿命。 1 . 7 衬里 1 . 7 . 1 热 壁 滑 阀 热壁滑阀衬里只有一层耐磨衬里 , 无隔热衬里 层 。因此 , 阀体温度很高 , 高温时的膨胀量大 , 会引 起 阀体的变形 , 极易造成法兰连接处的泄漏 。 1 . 7 . 2 冷壁滑 阀 冷壁滑阀阀体外壁温度较低 的主要原因是阀体 内设 有双层 衬 里 , 见 图 6 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 3年第 4 2 卷 耐磨衬里 龟 甲网 隔热衬里 保温钉 阀体外壁 隔热衬里 /\ /\/ 一 / / d / ; 一 ] / / l 一 , J’ / /4 / / / / 4 d / ] / J ‘ 一 一 / / / 日 d / \日 / 一 s 型保温钉 阀体外壁 耐磨衬里 a 带龟 甲网 b 带 S保 温 钉 图 6双层衬里结构示 图 衬里的表层为耐磨层, 选用了耐高温 、 耐磨损的 以电熔刚玉为骨料、 以化学结合剂为胶溶剂的高强 度 耐 磨 、 耐 火 浇 注 料 , 并 且 采 用 了 龟 甲 网 加 固 图 6 a 。 龟 甲 网结 构存 在 一个 问题 , 高 温工 况 下龟 甲网 的膨 胀量 比阀体 外 壁 的 大 , 会 引起 龟 甲网 的变 形 和 耐磨 层 的剥落 , 使衬 里层受 到破 坏 。 目前 , 有 一种 新 的无龟甲网衬里结构 图 6 b , 即采用 了 s保温钉来 加固衬里层 。保温钉单个焊接在阀体上 , 长度 只是 衬里层的总厚度 , 尺寸较小 , 高温时的膨胀量也小, 不 会引起 过 大 的变 形 而破 坏 衬 里层 。 目前 , 国外 生 产的冷壁滑阀大都采用这种结构。 2冷壁滑阀阀体 结构 冷壁滑阀阀体采用可焊性好 的材料 , 制造质量 易于保 证 。 单动滑 阀阀体的外形采用等径三通 的结构, 双 动滑阀采用四通的结构, 结构见图 7 。 l \ I U _ / \ _ u a 单 动 滑 阀 b 双 动 滑 阔 图 7冷壁 滑阀阀体结构示图 由图 7 可 以看 出, 这两 种 阀体结 构 简单 , 焊缝 数 量少 , 滑 阀在装 置上 与管 道 的连接 均用 焊接 连 接 , 克 服 了用法 兰连接在高温工作状态下极易 泄漏 的问题 。 采用 双层衬 里 , 阀体 的内外径尺 寸与管 道一致 , 免去了安装时热壁滑阀所用的大小头接管和衬里层 的过渡段 。阀体 与 管 道采 用 了相 同 的材质 , 保 证 了 焊 缝 的机械 强度和 材 料 的综 合性 能 , 不 仅 避 免 了原 热 壁滑 阀不锈 钢 与碳 素 钢之 间 的 异种 钢 焊接 难 题 , 且避免 了高 温下两种 材料 膨胀量 不一致 而使焊 缝产 生较 大的 附加应力 。 阀体侧 口法兰 均采用 标准法 兰 , 有 较大 的开 口, 便于维修。法兰一般采用 4 . 0 MP a或2 . 5 MP a 的 不锈钢标准法 兰, 具有很高的强度及刚性 , 受力 均 匀 , 在 阀 内高温 的作用 下 , 法 兰变 形 小 , 温 度 低 。密 封件 采用柔 性石 墨 垫片 , 克 服 了原 热 壁 滑 阀方 法 兰 在高 温工作 状态 下普遍 容易发 生泄漏 的 问题 _ 7 _ 】 0 l 。 3 应 用 滑阀是催化裂化装置 的重要设备之一, 1 9 8 9年 以前 , 催 化装 置使用 的热壁 滑 阀较 多 , 热 壁滑 阀需用 耐高温不锈钢材料 , 热膨胀量大 , 正常操作温度达到 7 0 0。C, 需要外保温 , 且制造难度大, 又存在着阀体 耐高 温 、 耐磨 损能力 差 , 液压系 统漏油 和连接 法兰处 泄漏 等 问题 。为 此 , 需要 研 制 出一 种 新 的性 能 更 好 的新型滑阀来满足工艺上的要求。 冷壁滑阀则采用碳钢和含铬低合金钢为外壳 , 内衬 隔 热 和 耐 磨 衬 里 , 阀 体 最 大 设 计 温 度 可 达 9 0 0℃ , 可 适 应 在提 高催 化裂 化 装置 再 生 压 力和 温 度及采用大密度超稳分子筛催化剂后 , 对滑阀控制 和操作可靠性的要求 。隔热衬里层使得阀体外壁的 温度不大于 3 5 0℃, 能满足工艺安全的操作要求。 我 国第一 台冷 壁滑 阀 由兰炼 机械 厂和相 关科研 单位共同研制 , 于 1 9 8 9 - 0 4在兰州炼化总厂催化 裂 化装置 上正 式投 用 , 此 台冷 壁 滑 阀是 根 据催 化 裂 化 装置操作条件对滑阀的要求而研制生产的。 随后 , 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 2 卷第 4 期 2 0 1 3年 7月 石油化工设备 PETRO CHEMI CAL EQUI PME NT Vo 1 . 42 No . 4 J u l y 2 0 1 3 文 章 编 号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 3 0 4 0 0 5 9 0 4 以可靠性为 中心的维护技术在石化装置 中的应用 高维娜 ,孙凯 ,刘桂年 中国石油 兰州石化公司 a .研究 院;b .助剂厂 ,甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 摘 要 对石 化行 业设备 维修 现 状和 R C M 在 石化 装 置及 关键机 组的 应 用 了进行 简单介 绍 。 关 键词 石化装置;可靠性为中心的维护 ;推广应用 中图分 类号 TQ 0 5 0 . 7 文献标 志码 B d o i 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 0 - 7 4 6 6 . 2 0 1 3 . 0 4 . 0 1 5 Ap pl i c a t i o n o f Re l i a b i l i t y Ce n t e r e d M a i n t e na nc e RCM i n Pe t r o c h e m i c a l Eq u i p me n t s Un i t s GAO W e i na ,S UN Ka i ,LI U Gui ni a n La n z h ou Pe t r oc he mi c a l Comp a ny o f CNPC a . Re s e a r c h I ns t i t u t e, b. As s i s t a nt Fa c t o r y,La n z h ou 7 3 0 06 0,Ch i na Ab s t r a c t Th e e q u i p me n t ma i n t e n a n c e i n t h e p e t r o c h e mi c a l i n d u s t r y a n d a p p l i c a t i o n o f RCM i n 吉林、 南京等 2 o多个炼油厂相继投用 了我国自行设 计制造的冷壁滑阀。目前 , 各种规格 的冷壁单双动 滑 阀 已达百 种 。 4 结语 近年来, 由兰州石油化工机械厂生产 的各种规 格 品种 滑 阀 , 不论 是单 双 动滑 阀 , 甚 至连 开 口较 大 的 切 断 型滑 阀 , 均 采用 了冷壁 结构 滑 阀 , 在 炼化 生产装 置 中 已得到 广泛 的应 用 。 参 考文献 [ 1 ] 石油工业部炼油 设备设计 技术 中心站. 国外 流化催 化 裂化滑阀[ z ] . 1 9 7 6 . De p a r t me n t o f Re f i n i n g Eq u i p me n t De s i g n Te c h n o l o g Y Ce nt e r St a t i o n b y The Oi l I n dus t r y.The FCC S l i de V a l v e 1- Z ] . 1 9 7 6 . I- 2 ] 冶金工业部 合金钢 钢种手 册 编写组. 合金 钢钢种 手 册 第 四册 [ M] .北京 冶金工业出版社 , 1 9 8 3 . Co mp i l i n g Gr o u p o f M i n i s t r y o f M e t a l l u r g i c a l I n d u s t r y “Al l o y S t e e l s M a n u a l ” . Al l o y S t e e l s M a n u a 1 .4 [ M] .B e ij i n g Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y P r e s s , 1 9 8 3 . [ 3 ] 潘建农. 金属材料与 热处理I- M] .长沙 湖南 大学 出版 社 , 2 0 0 9 . PAN J i a n n o n g .Me t a l Ma t e r i a l a n d He a t Tr e a t me n t [ M] .C h a n g s h a Hu n a n Un i v e r s i t y P r e s s , 1 9 8 3 . 1- 4 ] G B 1 5 O 一1 9 9 8 , 钢制压力容器 [ s ] . G B 1 5 O 一 1 9 9 8 , S t e e l P r e s s u r e Ve s s e l S] . E 5 ] 徐频. 机械设计手册 第一册I- M] . 北京 机械工业出 版社 , 1 9 9 1 . XU P i n .Me c h a n i c a l D e s i g n Ma n u a l [ M] .B e i j i n g M a c h i n e r y I n d u s t r y Pr e s s , 1 9 9 1 . I- 6 ] 陆培文.实用 阀门设计 手册 I- M] .北京 机械工业出版 社 , 1 9 8 8 . L U P e i w e n .P r a c t i c a l Ma n u a l Va l v e D e s i g n[ M] . Be i j i n gMa c h i n e r y I n d u s t r y P r e s s , 1 9 8 8 . [ 7 ] HG / T 2 0 5 9 2 --2 0 0 9 , 钢制管法兰I- P N] 系列I s ] . HG/ T 2 0 5 9 2 -- 2 0 0 9 , S t e e l Pi p e F l a n g e sPN S e r i e s l- s ] . E 8 ] G B 4 6 2 2 8 4 , 缠绕式垫片[ S ] . GB 4 6 2 2 8 4 , S p i r a l w o u n d G a s k e t I s ] . I- 9 ] J B / T 4 7 0 0 -- 2 0 0 0 , 压力容器法兰分类 与技术条件[ s ] . 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