焦化塔底閥研制及應用

焦化塔底閥研制及應用

在現代煉油工業中，焦化過程是提高渣油中輕質油產出率的重要途徑。延遲焦化生產工藝是一個半連續化過程，即當一個塔內焦炭聚結到一定高度時進行切換，通過四通閥將原料切換進另一個焦炭塔，系統切換后進行除焦。原來的塔用汽和水冷卻焦層至70℃以下開始除焦，除焦前先排放塔內殘余水分，再人工拆除塔底盲蓋，利用從水力切焦器嘴噴出的高壓水（約30MPa）將焦炭切割下來，除焦結束后人工安裝塔底盲蓋。這一過程一般24～48h循環一次，操作繁瑣，輔助操作所需時間長，不易保養，不利于安全及環保，運行成本及維修費用高。焦化塔底閥的應用，取代了原有的焦炭塔底盲蓋或塔底蓋機，減輕了工人勞動強度，縮短了除焦輔助時間（可適當提高除焦溫度，在每個結焦循環中，沒有拆卸、清潔、組裝要求），增加了產量，減少了易損件消耗，改善了除焦的勞動條件。使用焦化塔底閥后，焦化裝置改造成一個封閉的管線系統，使煉油設備在結焦循環中連續運行。
   2　結構設計
   為了取代焦化裝置塔底盲蓋及塔底蓋機，提高裝置使用的可靠性、安全性及經濟性，焦化塔底閥應具有易操作和易控制的結構型式，高實用和高可靠的性能，較少的維修量和使用成本，較低的泄漏量，承受熱沖擊的能力，完全適應進料工況及合理的制造成本。
   2.1 設計參數
   設計溫度　520℃
   使用溫度　500℃
   公稱直徑　<1500mm
   設計壓力　0.8MPa
   最大操作壓力　0.35MPa
   有效行程　1600mm
   行程速度　533～400mm/min
   防爆等級　ExdⅡBT4
   泄漏量　介質零泄漏
   與一般高溫平板閘閥相比，焦化塔底閥的通徑較大（<1500mm以上），泄漏量等級要求高。熱油在沒有形成焦炭前如果發生泄漏會發生火災，因此焦化塔底閥要求達到介質的零泄漏，而普通大口徑高溫平板閘閥一般允許微量泄漏。為了適應工況需求，閥門密封副必須能夠隨著溫度的升降自動吸收膨脹與補償收縮，密封副必須為硬面密封，以便在開閥過程中刮除焦炭。閥門需要與焦炭塔相關控制參數實現聯鎖，以確保安全可靠。閥蓋內部必須能夠屏蔽焦炭，即防止焦炭進入閥蓋內部影響閥門正常開關。
   2.2　整體結構
    焦化塔底閥 由上部進料段、下部排焦段、中間閥體（包括密封副等）、左右閥蓋、中間支架、動力油缸、液壓油站和邏輯控制箱等組成。

焦化塔底閥采用平板閘閥形式，結構緊湊，易于實現閥門全開狀態時閥體與閥蓋中腔的密封。國外的焦化塔底閥一般沒有中間支架，油缸桿起到閥桿的作用，結構較短，增設中間支架后總長雖然增加約1m，但易于實現機械鎖位，并使油缸桿不進入閥體內，便于更換填料、檢修油缸。
   中間閥體的上下閥口均可做為檢修口，檢修時可不拆卸帶進料段的上法蘭。上部進料段的法蘭采用標準型凸凹面或榫槽型結構，下部法蘭采用非標準凸凹面結構的法蘭。上下均可拆卸的法蘭結構便于加工和安裝，檢修及更換密封元件靈活性較強。
   2.3　密封副
   焦化塔底閥密封副由閥板和上下閥座組成，下閥座為固定結構，上閥座為浮動結構，可自動吸收膨脹與補償收縮，保持閥板與閥座間的一定比壓。閥座總壓力由彈性組件提供，彈性組件數量為60～65組，每組由螺柱、螺母、彈簧座、耐高溫碟形彈簧等組成。彈性元件裝入閥座前先預壓，預壓后將螺栓與螺母點焊防松，裝入動密封圈后繼續壓縮至所需壓力。高溫時由于熱膨脹，碟形彈簧壓縮量增加，對動密封圈壓力也增加。因此閥板與座圈之間的比壓增大，開閥時由于溫度降低，彈性元件恢復原有壓縮量，不影響閥門的開啟力。
    工作時閥蓋內通蒸汽，蒸汽壓力高于介質壓力。蒸汽通過閥板與座圈間隙泄漏到焦化塔內，起輔助密封作用，即蒸汽密封。下閥座上表面安裝的柔性密封圈是防止蒸汽泄漏到大氣中。填料則是防止介質熱油（未結焦前）進入彈性組件而結焦，影響彈簧正常工作

  焦化塔可以有3種進料方式，即垂直進料、水平進料及斜向上30°進料。在沒有使用焦化塔底閥之前，進料方式一般為垂直進料，進料效果較好。針對焦化塔底閥的實際結構，通過采用CFD技術模擬計算了3種結構的進料情況。水平進料結構對進料管對面的塔壁存在一定程度的沖擊，并且進料分布均勻性低。30°向上進料除焦時易發生堵塞的問題。周向進料容易實現良好的進料分布，但模擬顯示，周向進料時現有結構的4個支管流速不均勻，特別是最遠端的支管與進料總管存在短路現象。基于對各種進料方式的分析并參照國外成熟經驗，選擇了斜向上30°進料方式

焦化塔底閥在開閥的過程中大量吹掃蒸氣通過閥板開口溢出，壓力減小，不足以阻止塔內焦炭粉末或顆粒進入閥中腔。當閥蓋內存積大量焦炭粉末或顆粒后，就會影響閥門正常開關動作，因此，設計焦炭屏蔽罩，防止焦炭粉末進入閥蓋中腔。

 屏蔽罩固定在閥體上。在開閥瞬間，允許蒸汽通過的間隙很小，蒸汽耗量沒有明顯增大，保證了蒸汽的壓力，阻止了焦炭粉末或顆粒向閥蓋中腔的泄漏。
   2.6　控制裝置
    焦化塔底閥采用電液執行機構相關設計參數如表1所示。控制油站為單泵、一站兩閥及泵控方案。電氣邏輯控制箱采用繼電器邏輯控制，主要是把焦化塔底閥與塔頂溫度、塔頂壓力等工藝參數進行邏輯聯鎖，實施控制室和現場操作站兩級授權操作，確保焦化塔底閥操作安全可靠。