用于裂解炉产生高压蒸汽汽包的上水阀门

摘要: 本文的目的：分享林德工艺乙烯装置裂解炉汽包液位上水阀门，严酷工况下调节阀阀体和内件的使用、维修成功经验。本文介绍的方法：总结近20年乙烯装置裂解炉汽包液位上水阀门，严酷工况经历生产单位、阀门供货方和维修改造的三种方法。本文得到的结果：实现了裂解炉汽包液位长期可控，精准上水控制。本文结论：通过所述经验实施，保证了阀门出现故障时有应急方法，采购阀门有指导方向。改造则实现了延长维修周期、增加运行时间。裂解炉是乙烯装置的重要单元之一，裂解炉控制指标对目标产品收率和调整产品结构起到决定性作用，而汽包液位准确上水将直接影响控制的安全，精准控制汽包液位，还是保证裂解炉平稳运行的依据，增加运行时间，减少生产、设备和资金损失。

关键词: 裂解炉；汽包；液位控制；上水阀

1 概述

某公司乙烯厂于1996年9月开车。是一家主要以石脑油、化工轻油和烷烃为原料，经高温裂解生产乙烯、丙烯及其他附属产品的单位，乙烯装置原有6台6万t/a  PyroCrack 1-1型裂解炉。因调整了原料结构于2000年改造增加1台6万t/a  PyroCrack 1-1 SR单侧型裂解炉。在2002年挖潜增效改造时将6台6万t/a  PyroCrack 1-1型裂解炉单台生产产品能力提高到8万t/a。又因为要降低能耗，增加生产装置的竞争能力于2005年对乙烯装置进行了扩建改造，增加了3台12万t/a  PyroCrack 1-1 SR型裂解炉。使乙烯装置生产能力由原来的30万t/a提高到了70万t/a。即目前乙烯厂乙烯装置现有6台8万t/a  PyroCrack 1-1型裂解炉，1台6万t/a  PyroCrack 1-1 SR单侧型裂解炉。 3台12万t/a  PyroCrack 1-1 SR型裂解炉。

以上裂解炉均采用德国林德公司专利技术，石脑油是其中一种裂解原料，得到主要产品乙烯和丙烯的裂解反应在辐射段进行，对流段用于加热原料、稀释蒸汽、锅炉给水和高压蒸汽。

自1996年装置筹建和生产运行到现在，乙烯装置裂解炉包括三次建设（第一次6台，第二次1台，第三次3台）。共经历了2次大型改造（增加模块），小型改造不计其数，在生产运行中积累了丰富的经验。在各种控制阀门中尤其以严酷工况上水阀门较为困难，其可控度直接影响生产运行和汽包的安全。

2 裂解炉(废热锅炉)上水阀门

2.1 PyroCrack 1-1型

8万t/a  PyroCrack 1-1【1】型裂解炉主要控制指标汽包液位，现有上水阀门安装采用轴流式多级降压。

2.2 PyroCrack 1-1 SR型

12万t/a  PyroCrack 1-1 SR【2】型裂解炉主要控制指标汽包液位，现有上水阀门采用2台阀门分程式控制。其中1台为极限上水轴流式多级降压阀门，另一台为正常上水内平衡阀门。

2.3 工况

    工艺介质：水；工作压力：15MPa；工作温度：140℃；正常流量：75000kg/h；压差：15MPa。

2.4上水阀门改造历程

8万t/a  PyroCrack 1-1型裂解炉原设计为单座调节阀，后改造选用套筒调节阀，最后选用轴流式多级降压调节阀。

12万t/a  PyroCrack 1-1 SR型裂解炉原设计为角型调节阀，后改造选用双阀门控制，1台为极限上水轴流式多级降压阀门，另一台为正常上水内平衡阀门。

3 上文所述各种上水阀门在实际使用中表现出的优缺点

3.1轴流式多级降压阀门

3.1.1优点

阀门运行情况很好，维修很少，对阀体和内件损伤很小。

3.1.2缺点

采购成本高，安装需要足够空间，搬运同样需要足够空间和大型机械。

3.1.3建议

条件允许建议选用此种阀门。

3.2单座调节阀门

3.2.1优点

结构简单，采购成本相对少，维修方便，安装空间相对小，阀门重量相对轻。

3.2.2缺点

由工况和工艺操作原因（开停工频繁）造成大压差直接作用到阀体内部，简单的介质流通通道，极易造成阀体和内件的损伤。

3.2.3建议

在升级抗冲刷的材质后可以选用此种阀门。

3.3平衡式套筒调节阀

3.3.1优点

阀门运行情况较好。

3.3.2缺点

维修情况主要集中在阀座静密封和阀芯动密封，但是一道平衡环不能做到在高压差的运行工况下的长周期稳定运行。

3.3.3建议

综合指标介于多级降压和单座阀之间，具有多级降压和单座阀的部分优点，同时也具有单座阀的缺点，使用时要综合考虑。

4 在使用中的材质使用经验总结

4.1 厂家选用材质

进口阀门：阀体：A216 WCC；内件：阀芯+阀杆410 SS HD或416 SST HD。

国产阀门：阀体：A216 WCC；内件：阀芯+阀杆316 SS 。

4.1.1优点

    厂家选用的材质造价低廉，适合招投标，有产品竞争力。

4.1.2缺点

    阀体选用的材质使用周期短，损伤严重。内件进口品牌材质好，国内没有硬化处理    

4.2 改造材质

阀体：WC6或WC9；内件：阀芯+阀杆+套筒410 SS HD、416 SST HD 、440 SST HD 。

4.2.1优点

选用洛钼钢材质更好的保护阀体和密封面，有效避免介质的冲刷损坏。选用含洛材质的阀门内件，同样起到保护设备的目的。

4.2.2缺点

选用洛钼钢阀体和内件，必须明确标明材质，洛钼钢焊接工艺复杂，相对采用法兰连接较方便，整体升级成本较高。

5 关于阀门维修和改造的经验

    维修分为两部分：阀体和内件。依据乙烯厂阀位记录表【3】【4】【5】，判断损坏程度，确定是否维修。

5.1 阀体

阀体发生冲刷损坏，原则报废处理。应急维修可根据材质选择相应的焊条进行内部、外部补焊。

情况严重时去掉底壳补焊钢板。当阀座支撑部位损伤严重，不能支撑阀座则阀体只能报废。

5.2 阀门内件

5.2.1 阀座

阀座阀座密封面损伤只能补焊硬质合金，出现裂纹则更换新件。

5.2.2 阀芯和阀杆

阀芯密封面损伤可以开槽后堆焊硬质合金，损伤严重则更换新件。

图1 堆焊硬质合金车削后的阀芯

一道平衡密封环的阀芯（如图2），可以加大密封面后在增加一道密封，采用没有开口的平衡环，起到多级降压目的保护平衡环，材质选用黑四氟，增加平稳运行时间。

图2 一道密封环的阀芯

5.2.3 套筒

套筒损伤后不能补焊修复。

6 打压试验

阀门维修后必须进行打压试验，试验合格方可安装到现场。

建议：外漏和内漏的打压试验压力按照实际的工况压力打水压。因为低压试验不能反映实际的运行状况。更高压力普通设备无法承受超高压力。

泄露等级建议达到ⅴ级标准，至少达到ⅳ泄露等级。

7 密封

密封垫片使用石墨基本型缠绕垫片为好。密封面车出水线。

8 结论

8.1 汽包液位上水阀门

汽包液位上水阀门属严酷工况，其稳定运行一直是阀门厂家和使用单位的努力方向，选择轴流式多级降压调节阀可实现无损运行，损伤调节阀经过改造维修后，可保证一个维修周期内稳定运行。

8.2 上水阀门维修和换型改造结论

上述的经验是在实际的工作过程中总结，经过实际的生产过程检验，可以保证在阀门出现故障时有应急方法，采购阀门有指导方向。改造则实现了延长维修周期、增加运行时间的目的。

参考文献

【1】某公司乙烯厂乙烯装置工艺流程图［P］.PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAM，300000 MTPA ETHYLENE PLANT，LIST OF DOCUMENTS I，29.05.2000 END OF BASIC ENGINEERING。

【2】某公司乙烯厂乙烯装置工艺流程图［P］.PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAM，700000 MTPA ETHYLENE PLANT，LIST OF DOCUMENTS I，29.09.2004 END OF BASIC ENGINEERING。

【3】乙烯厂记录表［R］.裂解2017，1-12。

【4】乙烯厂记录表［R］.裂解2018，1-12。

【5】乙烯厂记录表［R］.裂解2019，1-12。

作者简介

吴振坤，1972年03月25日出生，男，籍贯吉林省吉林市，大学本科，中国石油吉林石化公司，高级工程师，从事技术管理和设备管理。

崔宁，1996年6月14日出生，男，籍贯吉林省吉林市，大学本科，中国石油吉林石化公司。

韩东昀，1996年03月06日出生，男，籍贯吉林省吉林市，大学本科，中国石油吉林石化公司。

石清海，1970年12月24日出生，男，籍贯山东省淄博市，淄博盖米测控系统有限公司，经理，从事自动化系统的设计、施工、调试业务，代理国内外过程仪表、分析仪表环保检测、实验室仪器，开发在线仪表及控制系统。

王野，1989年4月6日出生，男，籍贯吉林省蛟河市，毕业于大连理工大学机械工程学院，硕士，杭州炎鼎科技有限公司总经理，从事企业管理工作。