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焦化塔底阀研制及应用

来源:中国泵阀商务网  作者:不详 日期:2013/10/7 访问:
    在现代炼油工业中,焦化过程是提高渣油中轻质油产出率的重要途径。延迟焦化生产工艺是一个半连续化过程,即当一个塔内焦炭聚结到一定高度时进行切换,通过四通阀将原料切换进另一个焦炭塔,系统切换后进行除焦。
  
  原来的塔用汽和水冷却焦层至70℃以下开始除焦,除焦前先排放塔内残余水分,再人工拆除塔底盲盖,利用从水力切焦器嘴喷出的高压水(约30MPa)将焦炭切割下来,除焦结束后人工安装塔底盲盖。这一过程一般24~48h循环一次,操作繁琐,辅助操作所需时间长,不易保养,不利于安全及环保,运行成本及维修费用高。焦化塔底阀的应用,取代了原有的焦炭塔底盲盖或塔底盖机,减轻了工人劳动强度,缩短了除焦辅助时间(可适当提高除焦温度,在每个结焦循环中,没有拆卸、清洁、组装要求),增加了产量,减少了易损件消耗,改善了除焦的劳动条件。使用焦化塔底阀后,焦化装置改造成一个封闭的管线系统,使炼油设备在结焦循环中连续运行。
  
  结构设计
  
  为了取代焦化装置塔底盲盖及塔底盖机,提高装置使用的可靠性、安全性及经济性,焦化塔底阀应具有易操作和易控制的结构型式,高实用和高可靠的性能,较少的维修量和使用成本,较低的泄漏量,承受热冲击的能力,完全适应进料工况及合理的制造成本。
  
  设计参数
  
  设计温度520℃
  
  使用温度500℃
  
  公称直径<1500mm
  
  设计压力0.8MPa
  
  最大操作压力0.35MPa
  
  有效行程1600mm
  
  行程速度533~400mm/min
  
  防爆等级ExdⅡBT4
  
  泄漏量介质零泄漏
  
  与一般高温平板闸阀相比,焦化塔底阀的通径较大(<1500mm以上),泄漏量等级要求高。热油在没有形成焦炭前如果发生泄漏会发生火灾,因此焦化塔底阀要求达到介质的零泄漏,而普通大口径高温平板闸阀一般允许微量泄漏。为了适应工况需求,阀门密封副必须能够随着温度的升降自动吸收膨胀与补偿收缩,密封副必须为硬面密封,以便在开阀过程中刮除焦炭。阀门需要与焦炭塔相关控制参数实现联锁,以确保安全可靠。阀盖内部必须能够屏蔽焦炭,即防止焦炭进入阀盖内部影响阀门正常开关。
  
  整体结构
  
  焦化塔底阀由上部进料段、下部排焦段、中间阀体(包括密封副等)、左右阀盖、中间支架、动力油缸、液压油站和逻辑控制箱等组成。
  
  焦化塔底阀采用平板闸阀形式,结构紧凑,易于实现阀门全开状态时阀体与阀盖中腔的密封。国外的焦化塔底阀一般没有中间支架,油缸杆起到阀杆的作用,结构较短,增设中间支架后总长虽然增加约1m,但易于实现机械锁位,并使油缸杆不进入阀体内,便于更换填料、检修油缸。
  
  中间阀体的上下阀口均可做为检修口,检修时可不拆卸带进料段的上法兰。上部进料段的法兰采用标准型凸凹面或榫槽型结构,下部法兰采用非标准凸凹面结构的法兰。上下均可拆卸的法兰结构便于加工和安装,检修及更换密封元件灵活性较强。
  
  密封副
  
  焦化塔底阀密封副由阀板和上下阀座组成,下阀座为固定结构,上阀座为浮动结构,可自动吸收膨胀与补偿收缩,保持阀板与阀座间的一定比压。阀座总压力由弹性组件提供,弹性组件数量为60~65组,每组由螺柱、螺母、弹簧座、耐高温碟形弹簧等组成。弹性元件装入阀座前先预压,预压后将螺栓与螺母点焊防松,装入动密封圈后继续压缩至所需压力。高温时由于热膨胀,碟形弹簧压缩量增加,对动密封圈压力也增加。因此阀板与座圈之间的比压增大,开阀时由于温度降低,弹性元件恢复原有压缩量,不影响阀门的开启力。
  
  工作时阀盖内通蒸汽,蒸汽压力高于介质压力。蒸汽通过阀板与座圈间隙泄漏到焦化塔内,起辅助密封作用,即蒸汽密封。下阀座上表面安装的柔性密封圈是防止蒸汽泄漏到大气中。填料则是防止介质热油(未结焦前)进入弹性组件而结焦,影响弹簧正常工作
  
  焦化塔可以有3种进料方式,即垂直进料、水平进料及斜向上30°进料。在没有使用焦化塔底阀之前,进料方式一般为垂直进料,进料效果较好。针对焦化塔底阀的实际结构,通过采用CFD技术模拟计算了3种结构的进料情况。水平进料结构对进料管对面的塔壁存在一定程度的冲击,并且进料分布均匀性低。30°向上进料除焦时易发生堵塞的问题。周向进料容易实现良好的进料分布,但模拟显示,周向进料时现有结构的4个支管流速不均匀,特别是最远端的支管与进料总管存在短路现象。基于对各种进料方式的分析并参照国外成熟经验,选择了斜向上30°进料方式
  
  焦化塔底阀在开阀的过程中大量吹扫蒸气通过阀板开口溢出,压力减小,不足以阻止塔内焦炭粉末或颗粒进入阀中腔。当阀盖内存积大量焦炭粉末或颗粒后,就会影响阀门正常开关动作,因此,设计焦炭屏蔽罩,防止焦炭粉末进入阀盖中腔。
  
  屏蔽罩固定在阀体上。在开阀瞬间,允许蒸汽通过的间隙很小,蒸汽耗量没有明显增大,保证了蒸汽的压力,阻止了焦炭粉末或颗粒向阀盖中腔的泄漏。
  
  控制装置
  
  焦化塔底阀采用电液执行机构相关设计参数。控制油站为单泵、一站两阀及泵控方案。电气逻辑控制箱采用继电器逻辑控制,主要是把焦化塔底阀与塔顶温度、塔顶压力等工艺参数进行逻辑联锁,实施控制室和现场操作站两级授权操作,确保焦化塔底阀操作安全可靠。
 
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