金屬硬密封防結(jié)焦三通球閥Q44M

                     金屬硬密封防結(jié)焦三通球閥Q44M

                      上海申弘閥門有限公司

之前介紹組合式減壓閥產(chǎn)品檢驗(yàn)報(bào)告，現(xiàn)在介紹金屬硬密封防結(jié)焦三通球閥Q44M介紹了在延遲焦化裝置中使用高溫防結(jié)焦耐磨球閥的必要性，高溫防結(jié)焦耐磨球閥的典型應(yīng)用、技術(shù)難點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及防結(jié)焦耐磨球閥的高溫性能試驗(yàn)。
關(guān)鍵字：延遲焦化 高溫防結(jié)焦耐磨球閥 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)焦化爐三通球閥應(yīng)用于焦化廠的焦?fàn)t高壓氨水噴射循環(huán)系統(tǒng)高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的L型三通球閥，由于該部位的工況條件比較特殊，L型三通球閥在安裝運(yùn)行兒個(gè)月甚至兒天就產(chǎn)生泄漏，使系統(tǒng)壓力降低，泄漏的高壓氨水將焦?fàn)t內(nèi)煤粉吸帶至集氣管，嚴(yán)重的造成炭化室負(fù)壓，既影響焦炭質(zhì)量，又影響爐體的嚴(yán)密性。由于該閥門安裝在焦?fàn)t頂部，該部位溫度高、勞動(dòng)條件差，給閥門的更換帶來(lái)了很大的困難。閥門的頻繁更換，也給工廠造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，并且也嚴(yán)重的污染了環(huán)境。

金屬硬密封防結(jié)焦三通球閥Q44M標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)
閥  體
公稱通徑：DN15-DN200
閥體材質(zhì)：WCB、304、316、316L
連接方式：法蘭
壓力等級(jí)：PN1.6－4.0MPa
結(jié)構(gòu)形式：浮動(dòng)球芯

閥內(nèi)組件
閥座密封：PTFE：-20°～180°
PPL：-20°～250°
閥芯材質(zhì)：304、316、316L
閥桿材質(zhì)：304
結(jié)構(gòu)方式：分流、換向
適用介質(zhì): 氨水



為了追求更好的經(jīng)濟(jì)效益，我國(guó)大型煉化裝置煉制原油的含硫、含酸比例在不斷上升。煉化裝置具有高溫、介質(zhì)含有大量硬固體顆粒等復(fù)雜工況條件，傳統(tǒng)閥門無(wú)法適用。金屬硬密封耐磨球閥很好的解決了這一問(wèn)題。我國(guó)大型煉油項(xiàng)目延遲焦化裝置中使用的高溫防結(jié)焦金屬硬密封耐磨球閥，主要采用進(jìn)口的VELAN球閥。近年來(lái)部分進(jìn)口金屬硬密封耐磨球閥已被國(guó)產(chǎn)閥門所取代。目前我國(guó)生產(chǎn)制造的金屬硬密封耐磨球閥的大公稱尺寸已達(dá)到DN800（NPS32），高公稱壓力已達(dá)到PN420（Class2500），高設(shè)計(jì)溫度達(dá)到600℃。
1 高溫防結(jié)焦耐磨球閥
焦化是使重質(zhì)油品加熱裂解，聚合變成輕質(zhì)油、中間餾分油和焦炭的加工過(guò)程。延遲焦化是一種石油二次加工技術(shù)，是以渣油（一般為減壓渣油）為原料、在高溫（500~550℃）下進(jìn)行深度熱裂反應(yīng)的一種加熱過(guò)程。減壓渣油在管式爐中加熱，采用高流速及高熱強(qiáng)度，使其在加熱爐中短時(shí)間內(nèi)達(dá)到焦化反應(yīng)所需的溫度，然后迅速進(jìn)入焦炭塔，使焦化反應(yīng)不在加熱爐而是延遲到焦炭塔中進(jìn)行，故稱之為延遲焦化。延遲焦化裝置運(yùn)行的主要矛盾為：使用的原料為重質(zhì)油，重質(zhì)油在高溫下容易結(jié)焦，但希望它在焦炭塔中結(jié)焦，而不希望它在加熱爐、焦炭塔餾出線和分餾塔底等處結(jié)焦。所以除了工藝采取諸如：在焦炭塔出口管線上打急冷油，在原料油進(jìn)加熱爐輻射管之前注入蒸汽或軟化水等措施外，還應(yīng)該防止管線上閥門的結(jié)焦。高溫防結(jié)焦耐磨球閥有效地解決了延遲焦化裝置中閥門使用過(guò)程要解決的三個(gè)突出問(wèn)題：耐受500℃的高溫；防止高溫下的油氣結(jié)焦；消除焦粉對(duì)密封面的沖刷。
Q44F焦化球閥說(shuō)明：
主要用于截?cái)嗷蚪油ń橘|(zhì)，也可用于流體的調(diào)節(jié)與控制，V型球閥能夠進(jìn)行比較的流量調(diào)節(jié)與控制，而三通球閥則用于分配介質(zhì)和改變介質(zhì)的流向。與其它閥類相比，球閥具有如下的一些優(yōu)點(diǎn)：
1、流體阻力小，球閥是所有閥類中流體阻力小的一種，即使是縮徑球閥，其流體阻力也相當(dāng)小。
2、開(kāi)關(guān)迅速、方便，只要閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)90°，球閥就完成了全開(kāi)或全關(guān)動(dòng)作，很容易實(shí)現(xiàn)快速啟閉。
3、密封性能好。球閥閥座密封圈一般采用聚四氟乙烯等彈性材料制造，易于保證密封，而且球閥的密封力隨著介質(zhì)壓力的增加而增大。
4、閥桿密封可靠。球閥啟閉時(shí)閥桿只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此閥桿的填料密封不易被破壞，而且閥桿倒密封的密封力隨著介質(zhì)壓力的增加而增大。
5、球閥的啟閉只做90°轉(zhuǎn)動(dòng)，故容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)距離控制，球閥可配置氣動(dòng)裝置、電動(dòng)裝置、液動(dòng)裝置、氣液聯(lián)動(dòng)裝置或電液聯(lián)動(dòng)裝置。
6、球閥通道平整光滑，不易沉積介質(zhì)，可以進(jìn)行管線通球。1.1 高溫防結(jié)焦耐磨球閥在延遲焦化裝置中的典型應(yīng)用
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥,蒸汽減壓閥延遲焦化典型的工藝流程有一爐兩塔、兩爐四塔等。焦炭塔是輪換使用的，即當(dāng)一個(gè)塔內(nèi)焦炭聚結(jié)到一定高度時(shí)，即進(jìn)行切換，通過(guò)四通閥將進(jìn)料切換進(jìn)另一個(gè)塔。下面以一爐兩塔流程為例，介紹焦化高溫防結(jié)焦耐磨球閥在焦化裝置中的典型應(yīng)用。圖1中加熱爐出口閥和一道甩油閥通常采用高溫防結(jié)焦耐磨球閥。圖2為已運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的高溫防結(jié)焦球閥的實(shí)物圖。圖3為高溫防結(jié)焦耐磨球閥在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。
（1）延遲焦化裝置中高溫防結(jié)焦耐磨球閥的工況條件
焦化裝置中高溫防結(jié)焦耐磨球閥的使用介質(zhì)一般為含有焦粉的油品、減壓渣油和蒸汽，工作溫度在500℃左右，工作壓力為0.5MPa左右。在此工況條件下，閥門處于易結(jié)焦和高溫的工況條件下，就必須具備耐腐蝕、耐磨、耐沖刷、防結(jié)焦及快速切斷等功能。
（2）延遲焦化裝置中高溫防結(jié)焦耐磨球閥所用的閥門材料
經(jīng)過(guò)焦化加熱爐后，介質(zhì)中的環(huán)烷酸大部分會(huì)發(fā)生分解。因此，焦炭塔頂大油氣線以及焦化爐出口至焦炭塔管線的腐蝕機(jī)理主要為高溫硫腐蝕。所以在此高溫重油部位的管道材質(zhì)選用12Cr5Mo。閥體的材質(zhì)不應(yīng)低于球閥所在系統(tǒng)管道的材質(zhì)，這就使得高溫防結(jié)焦耐磨球閥的閥體一般選為ASTMA217C12（鉻鉬鋼），球體一般選為ASTMA487Gr.CA6NM（鉻鎳鉬鋼）或其相似甚至性能更高的其他材質(zhì)。

圖中：加熱爐出口閥的工作溫度在500℃，工作壓力為0.5MPa，持續(xù)工作時(shí)間8400h；一道甩油閥的工作溫度在500℃/450℃，工作壓力為0.6MPa/0.3MPa，若一個(gè)生產(chǎn)周期24h的話，一道甩油閥工作18h。


圖1 高溫防結(jié)焦耐磨球閥在延遲焦化中的典型應(yīng)用
已運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的高溫防結(jié)焦球閥的實(shí)物圖
防結(jié)焦球閥在現(xiàn)場(chǎng)的安裝圖
1.2 延遲焦化裝置高溫防結(jié)焦耐磨球閥的介質(zhì)工況特性及對(duì)閥門的要求
（1）介質(zhì)中含有焦粉，容易在閥座、球體、閥軸等部位結(jié)焦、沾結(jié)，容易導(dǎo)致閥門卡死或密封失效。因此要求閥門對(duì)閥座、閥門中腔、閥門填料等部位進(jìn)行有效防護(hù)，阻止結(jié)焦介質(zhì)在閥門工作過(guò)程中進(jìn)入閥內(nèi)。
（2）閥座采用刮刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。刮刀式閥座具有自清潔功能，在閥門開(kāi)關(guān)過(guò)程中，閥座對(duì)球面有刮刷動(dòng)作，能有效減少球面污物進(jìn)入密封副，保證密封可靠。
（3）閥門用于高溫工況，高工作溫度為500℃，由于閥門零部件的熱脹冷縮，容易導(dǎo)致閥門在高溫下的卡死而無(wú)法實(shí)現(xiàn)啟閉動(dòng)作。閥門結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計(jì)和選材時(shí)要確保高溫工況正常工作，不發(fā)生卡死。
（4）閥門可靠性要求高，閥門的動(dòng)作失效將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的停車。
（5）閥座的密封等級(jí)要求為ANSIFCI70-2VI級(jí)。
1.3 高溫防結(jié)焦耐磨球閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造特點(diǎn)
高溫防結(jié)焦耐磨球閥是在浮動(dòng)球閥的基礎(chǔ)上予以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，以適應(yīng)高溫、耐腐蝕、耐沖刷和易結(jié)焦的工況要求，提高閥門使用壽命。
高溫防結(jié)焦耐磨球閥在設(shè)計(jì)階段應(yīng)采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，進(jìn)行有限元分析和閥門在500℃時(shí)的溫度場(chǎng)分析，參照分析結(jié)果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)調(diào)整閥門結(jié)構(gòu)和內(nèi)件設(shè)計(jì)尺寸。
高溫防結(jié)焦球閥的結(jié)構(gòu)示意圖和三維剖面圖如圖2和圖3所示，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)歸納如下：

1-閥體；2-波紋管；3-閥前閥座；4-球體與閥桿；5-閥后閥座
圖2 高溫防結(jié)焦耐磨球閥



圖3 高溫防結(jié)焦耐磨球閥的三維剖面圖
（1）全通徑結(jié)構(gòu)。球體通道直徑與管路直徑相同，流阻小，流通能力大，排渣方便。
（2）浮動(dòng)球閥，閥后單向密封結(jié)構(gòu)。進(jìn)口端為高壓端，閥門在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，在介質(zhì)壓力的作用下，球體產(chǎn)生一定的位移，緊壓在出口端的閥座密封面上，從而保證出口端的密封。
因閥門是單向密封結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，必須注意安裝方向正確。
（3）分體式球閥。防結(jié)焦球閥進(jìn)口端的閥座為波紋管閥座，出口端為可在閥體嵌入槽中滑動(dòng)的金屬閥座，閥體和閥座之間設(shè)置密封墊。
（4）波紋管的設(shè)置。因高溫防結(jié)焦耐磨球閥在高溫工況下運(yùn)行時(shí)，球體、閥座等內(nèi)件都會(huì)因熱膨而使尺寸增大，內(nèi)件沿閥門通道軸向方向上的尺寸膨脹，是導(dǎo)致高溫下閥門啟閉卡死的主要原因。為防止在高溫情況下因球體等內(nèi)件受熱膨脹而卡死，因此在閥前閥座背后設(shè)置波紋管，其波紋管詳圖如圖4所示。
焦化球閥詳細(xì)說(shuō)明
該系列球閥特別適用于各焦化廠焦?fàn)t氨水、噴射循環(huán)系統(tǒng)高低壓轉(zhuǎn)換時(shí)使用。
一、閥門的連接尺寸與原三通球閥相同，更換方便。
二、特制的增強(qiáng)聚四氟乙烯封圈，其耐磨強(qiáng)度大大提高，顯著提高密封圈的使用壽命。
三、*的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不僅大大降低了生產(chǎn)成本，而且使加工與維修更加簡(jiǎn)單化。
四、帶倒密封結(jié)構(gòu)的下裝式閥桿，不僅防止了閥桿脫出，而且閥桿部位的密封更加可靠。
五、外型結(jié)構(gòu)緊湊，*三塊式設(shè)計(jì)使閥門外觀更。



1-波紋管；2-閥座
圖4 放大的波紋管與閥座的連接
波紋管通常采用Inconel625材料制作，采用電子束焊或氬弧焊與閥座和襯套相焊接。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證閥座密封中心小于波紋管中徑，這樣能使密封可靠。波紋管的彈性加載結(jié)構(gòu)，能在正常關(guān)閉情況下確保球體密封面和閥座密封面間的緊密接觸，在高溫下能有效補(bǔ)償內(nèi)件受熱膨脹，避免因高溫而導(dǎo)致的卡阻。



圖5 刮刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（5）應(yīng)用超音速噴涂密封面。針對(duì)焦粉沖刷工況，球體和閥座密封面采用超音速噴涂技術(shù)，通過(guò)噴涂不同的材料提高密封面硬度，以提高耐沖刷和耐磨損的使用壽命。
超音速噴涂技術(shù)提供了的噴涂工藝，而決定涂層硬度的關(guān)鍵是合理選擇涂層金屬材料。良好的涂層材料能使球體和密封面形成超硬密封，可以在很大程度上解決高溫下密封面耐磨性下降的缺陷。特別是在500℃高溫下還可以保持較高的硬度，不會(huì)被焦粉等顆粒介質(zhì)劃傷，確保密封面可靠長(zhǎng)久使用。
（6）精密加工。在保證密封面硬度的基礎(chǔ)上，球體及閥座密封面制造精度、表面粗糙度、球面與閥座密封圈吻合度是保證高溫防結(jié)焦球閥應(yīng)用成功的關(guān)鍵。采用球面磨床磨削以及研磨機(jī)配對(duì)研磨是很好的工藝方法，能使球體與閥座密封面的幾何精度和表面粗糙度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)高吻合度及可靠密封。
（7）球桿一體化結(jié)構(gòu)。閥門采用球桿一體化結(jié)構(gòu)，保證了球體與閥桿的同心度，球、桿整體剛度、強(qiáng)度大，工作可靠。
（8）閥座刮刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。刮刀式閥座具有自清潔功能，在閥門開(kāi)關(guān)過(guò)程中，閥座對(duì)球面有刮刷動(dòng)作，能有效減少球面污物進(jìn)入密封副，保證密封可靠。刮刀結(jié)構(gòu)詳圖如圖5所示。
閥座刮刀硬度比球面硬度稍低，當(dāng)閥座刮刀的刃口刮削球體表面的結(jié)焦物時(shí)不會(huì)損壞球體密封面，閥門每次開(kāi)啟或者關(guān)閉過(guò)程中能對(duì)球體密封面進(jìn)行刮擦作用，防止固體顆粒進(jìn)入閥座密封區(qū)域，而影響閥座的密封，有效提高閥座密封性能和使用壽命。
特別注意：閥座刮刀刃口一般為90°，加工中不能倒角，否則失去刮刀功能。
（9）蒸汽吹掃結(jié)構(gòu)。由于焦化介質(zhì)中含有極細(xì)的焦粉，容易在閥座、球體、閥軸等部位結(jié)焦、沾結(jié)，導(dǎo)致閥門卡死或密封失效。采用蒸汽吹掃對(duì)閥門的波紋管內(nèi)外、閥門中腔、填料箱等部位進(jìn)行吹掃保護(hù)，能有效地防止殘?jiān)约捌嘟狗鄣任锪线M(jìn)入閥體空腔中，避免因焦粉累積而產(chǎn)生問(wèn)題。在閥門處于工作狀態(tài)下，吹掃蒸汽壓力高于管道介質(zhì)壓力，就可以起到保護(hù)和屏障作用。


2 高溫模擬實(shí)驗(yàn)
由于焦化防結(jié)焦球閥是處于高溫且介質(zhì)硬度較高、條件極其惡劣的工況，所以容易出現(xiàn)閥門在高溫下“抱死”無(wú)法啟閉，或密封面關(guān)不嚴(yán)不耐沖刷等問(wèn)題。為確保閥門在實(shí)際工況條件下滿足使用要求，確保產(chǎn)品質(zhì)量，所以要求對(duì)高溫防結(jié)焦耐磨球閥除了進(jìn)行常規(guī)的殼體實(shí)驗(yàn)，閥座密封試驗(yàn)、開(kāi)關(guān)扭矩試驗(yàn)外還應(yīng)進(jìn)行高溫啟閉和高溫密封試驗(yàn)。
值得注意的是，對(duì)閥門進(jìn)行室溫下的閥座密封試驗(yàn)合格，不能表示閥門處于高溫（或低溫）工況下使用時(shí)仍能達(dá)到閥座密封要求。對(duì)于防結(jié)焦球閥，其在高溫下發(fā)生密封泄漏時(shí)，夾雜焦粉等固體顆粒的氣象或液相介質(zhì)會(huì)對(duì)閥座、球體表面產(chǎn)生十分劇烈的沖蝕，導(dǎo)致閥門密封失效。
（1）高溫啟閉動(dòng)作和高溫閥座密封試驗(yàn)
閥門連接試壓盲板、試壓管路、測(cè)量熱電偶，采用電爐或履帶加熱器方式對(duì)防結(jié)焦球閥進(jìn)行加熱。熱電偶檢測(cè)通道內(nèi)閥座和球體表面溫度，當(dāng)達(dá)到500℃時(shí)，進(jìn)行閥門高溫啟閉試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行閥座氣密封試驗(yàn)。
（2）高溫吹掃試驗(yàn)
依次檢測(cè)波紋管內(nèi)側(cè)、波紋管外側(cè)、閥體中腔、填料箱吹掃系統(tǒng)是否順暢，先把要檢測(cè)的吹掃系統(tǒng)的氣源打開(kāi)，其余吹掃系統(tǒng)的氣源不要打開(kāi)，然后進(jìn)行閥門的開(kāi)啟動(dòng)作，觀察閥體中腔吹掃系統(tǒng)是否順暢。


3 結(jié)論
由于能同時(shí)滿足高溫、耐磨、耐腐蝕、防結(jié)焦和開(kāi)關(guān)方便等要求，金屬硬密封防結(jié)焦球閥在延遲焦化裝置中獲得了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了球閥技術(shù)的快速發(fā)展。了解延遲焦化裝置運(yùn)行的工況參數(shù)和要求，掌握金屬硬密封防結(jié)焦球閥結(jié)構(gòu)、制造、檢驗(yàn)特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)制造能滿足使用要求的防結(jié)焦球閥具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)的一些閥門制造企業(yè)生產(chǎn)的高溫防結(jié)焦耐磨球閥已經(jīng)可以逐步替代進(jìn)口的同類產(chǎn)品，這將有效降低煉化企業(yè)的采購(gòu)成本，推進(jìn)我國(guó)煉化事業(yè)的發(fā)展。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：TA4鈦合金旋塞閥