SZorb装置闭锁料斗阀门的故障分析和处理 -行业资讯

【摘要】要介绍汽油吸附脱硫SZorb技术原理和工艺特点，详细列举了闭锁料斗阀门的故障现象，并提出解决方案，同时分析了滑阀和压控阀的磨损原因，提出了使用硬质合金加陶瓷材料组合的解决方案，并应用于SZorb装置，取得了良好的效果，确保装置的长周期运行。SZorb是中石化专利技术，主要用于催化汽油的吸附脱硫。与传统加氢脱硫技术相比能以较低的辛烷值损耗生产出10mg/L以下的低硫汽油。济南炼化90万t/aSZorb装置是中石化第3套装置，于2009年12月一次开车成功。随着加工量的增大，2013年5月，装置扩容到120万t/a的加工能力。装置连续运行4年，*突出的问题是程控球阀和再生滑阀的磨损。本文详细分析了阀门的各种故障现象以及处理措施。
1.闭锁料斗介绍
闭锁料斗是SZorb装置的核心，是反应和再生装置链接的中转站，吸附剂通过闭锁料斗运输到反应器中，反应后的吸附剂再通过闭锁料斗，回到再生器中。在整个运行过程中，反应器为高温、高压、临氢环境，再生器为低压含氧环境，闭锁料斗的主要作用就是严格实现氢氧环境隔离和进行吸附剂的输送。闭锁料斗运行温度是450℃，操作压力为2.8MPa，450℃的高温氧环境和氢环境一旦接触，就会发生爆炸。所以闭锁料斗阀门要求紧密关闭，达到六级泄漏，表现为内漏、动作超时、和外漏3种现象，其中阀门内漏现象*为突出。
1.1 闭锁料斗阀门介绍
济南炼化SZorb装置的程控球阀选用是MO-GAS、VTI和台湾进典三个品牌的阀门。其中MO-GAS阀门是闭锁料斗的根部阀门，工艺条件*苛刻，压力高、温度高、控制介质为硬质微小颗粒，阀体磨损严重，故障率**。
1.2 SZorb吸附剂介绍
SZorb吸附剂（SZorbSRTsorbent）主要组分是钴、镍、铜，颗粒度是65～75μm，其载体成分是氧化锌、硅石和氧化铝混合物，粘度是1.906g/cm3。吸附剂及其载体的的主要成分都是微小的金属颗粒，对阀门的磨损非常严重，给装置的长周期运行带来严重的考验。
2.阀门磨损内漏问题
从中石化运行的几套SZorb装置来看，阀门内漏是制约闭锁料斗长周期运行的一个主要因素。其原因是由吸附剂结构决定的。虽然阀门都采用硬质合金、超音速喷涂碳化钨处理，但是在运行过程中，难以抵挡吸附剂的冲刷磨损。
从阀门的维修情况统计来看。济南炼化SZorb装置从2009年12月开工以来，2010年阀门故障更换1次，2011年阀门故障维修6次，2012年阀门故障维修6次，2013年计划性返厂维修12台，正常生产时，阀门故障更换过8次，加上计划性维修的，共维修了20台阀门。由此可以看出，闭锁料斗的阀门故障率逐年上升。从阀门故障率来看，程控球阀主要是再生去反应控制球阀XV2409、XV2410，反应到再生XV2403和XV2405故障率**。在这些阀门中，XV2410和XV2403更换次数*多。这不仅仅是由于它们是闭锁料斗根部的**道阀门，也是由于他们的特殊位置决定，一旦这两台阀门有问题，过滤器差压直接能反映出阀门的泄露情况。如图1所示为闭锁料斗阀门球体磨损情况。

图1 球体磨损
关于阀门的磨损，从目前来看，还没有更好的解决方案，也暂时无法摆脱对进口阀门的依赖。硬质合金加碳化钨喷涂技术不能完全避免阀门的磨损。在攻克这个难题之前，只有准备充足的备件，在阀门故障时，利用*短的时间，更换故障阀门，保持生产的连续性。
3.阀门动作慢问题
阀门动作缓慢是闭锁料斗上阀门第二大故障率。为了防止氢氧环境接触和加快吸附剂循环速率，闭锁料斗阀门一般在1s内要完成动作到位，如果超过8s，闭锁料斗联锁停车。阀门的动作缓慢，主要有以下两种情况。
**，仪表风压力不足，不能迅速推动阀门动作，济南炼化SZorb装置处于系统末端，仪表风压力一般是0.42MPa左右，这个风压在阀门下线空载运行时，可以推动阀门动作。但是阀门上线后，如果阀体和阀座之间有卡催化剂的现象，或者球体上有催化剂粘结，仪表风基本不能推动阀门快速开关。为了解决这个问题，在济南炼化2013年检修期间，对闭锁料斗周围的阀门采用高压氮气作为动力源，用0.6MPa的氮气来推动闭锁料斗上阀门的动作，大大加快了阀门动作时间，改造后，阀门的动作时间一般是0.5s左右。
第二，阀体和阀座之间过于紧密。由于闭锁料斗是运行在氢氧**隔离的环境，对阀门的紧密关闭要求很高，在阀门返厂维修时，维修商不能完全掌握阀门球体和阀座之间的间隙，特别是一味的追求阀门的泄漏等级，使得球体和阀座之间过于紧密，造成阀门上线后动作不畅，甚至不动作。特别是阀门用在450℃的高温下，金属的膨胀都会造成阀体和球体之间摩擦过大而不能快速开关。闭锁料斗的程序是顺控，任何一台阀门开关不到位，或者动作超时，闭锁料斗都要停止。
解决阀门球体和阀座间隙过于紧密的办法是精确的掌握阀座和球体之间的间隙，同时还要考虑金属的高温膨胀问题。其次用高压氮气作为风源来提高阀门推动力，也能较好的克服由于接触紧密而造成动作缓慢问题。济南炼化SZorb装置的阀门的动力风源改造后，效果非常明显，基本不再出现动作慢的问题。
4.球体粘结吸附剂问题
闭锁料斗程控球阀应用于吸附剂、吸附剂载体、氢气、氮气和油气等固液混合介质中，介质很容易粘结在金属球体表面，如果球体和阀座之间的间隙稍大，就会造成球体之间的粘结介质在开关时不能被完全刮除，带到阀体内，极易使球阀快速磨损，并且造成阀门开关不畅，阀门卡涩等现象。这种现象主要出现在阀门维修后。由于国内维修商不能完全掌握阀座和球体之间的间隙，过紧造成不动作，过松造成吸附剂卡到球体和阀座之间，加速球体磨损和造成动作卡涩。另外，阀门法兰之间的垫子非常重要，既要确保球体和阀座之间紧密接触，还要兼顾高温对垫子的物理性质（比如膨胀、老化）等带来的影响。如图2所示，阀门在高温环境下，垫子高温老化造成间隙加大，吸附剂带入阀体，导致阀门快速磨损内漏。

图2 高温导致垫片损坏
5.密封填料的老化问题
密封填料的老化是造成外漏的主要原因，闭锁料斗上的阀门都采用的是高温石墨填料，这种石墨填料理论上可以耐600℃的高温，但是长年运行在450℃高温下，填料的物理性质完全改变，填料失去柔性，变得干枯，没有密封性能。导致阀门外漏，对于闭锁料斗上的阀门密封填料，可采用高温石墨绳，用缠绕挤压法，在程序控制阀门关闭时间较长的步骤中进行快速处理。
6.汽缸弹簧老化问题
闭锁料斗上的程控球阀一般是20min左右动作一次，**要动作72次左右，经过4年的运行，弹簧已经普遍的出现老化问题，表现为关闭力量不足，阀门动作缓慢，甚至超过8s造成闭锁料斗停止。特别是到2013年，汽缸问题表现非常突出，经常有阀门关闭不到位现象。经过对MOGAS阀门的研究，发现可以利用汽缸的排气孔，在弹簧端的汽缸里增加仪表风来帮助弹簧快速实现关闭。经过实验，利用ASCO8327电磁阀、SMC两位五通气控阀、和1/2″（DN15）接口的SMC快速接头等，对弹簧乏力的汽缸改造为单缸双作用。配置一套标准的气路图，如图3所示。配置后，阀门一旦动作不畅，可以在半个小时内完成汽缸的改造，完全不耽误汽油吸附脱硫产品的质量。

图3 改造后的汽源连接
需要特别注意的是，把执行机构改为双气缸，只是延缓弹簧疲劳和加速闭锁料斗阀门动作时间的一个**手段，但是这种方法不能作为解决弹簧乏力的*终方案。动力风能帮助弹簧快速关闭阀门，但是**代替不了弹簧在动力风失效故障状态下的关键作用。动力风源失效后，要靠弹簧的作用，把闭锁料斗的阀门快速关闭，隔断氢氧环境，防止氢氧接触发生爆炸危险。所以阀门在维修时，弹簧关闭力也是一个重要的指标。
7.滑阀问题
SZorb再生滑阀的磨损也是一个很棘手的问题，从2009年12月投用，在4年的时间里，由于滑阀问题，装置暂时停工维修过8次，每次都是由于阀板磨损，造成泄漏量增大。阀门的磨损如图4所示。

图4 硬质合金喷涂碳化钨滑板磨损情况
HV2634没有副线，一旦需要维修，装置就只能停工，并且阀门开度一般在20%～30%，阀门开度过小，加速了滑阀磨损的速度。在检修中，滑阀的阀板使用了陶瓷工艺，耐磨陶瓷是以氧化铝或氧化锆为主要原料，以稀有金属氧化物为溶剂，经1700℃高温而成的特种陶瓷，硬度大，耐磨性极好，硬度达到HRA85以上，相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。但是陶瓷阀芯的特点是脆，抗拉伸能力差，不耐震。济南炼化更换陶瓷阀芯的滑阀使用5个月，效果良好，但是2013年9月26日，陶瓷阀芯断裂。从断裂痕迹来看，是由于催化剂卡，执行机构在拉动阀板打开阀门时，外力使得阀板断裂。但是拆除阀门后，没发现陶瓷阀芯有丝毫的磨损，如图5所示。这说明，陶瓷阀芯在这种工艺条件下，比阀板进行碳化钨喷涂的硬质合金要更好，是完全能克服吸附剂的磨损。至于阀板断裂的问题，可以用金属阀板加等离子陶瓷喷涂的技术来解决，在喷涂时，只喷涂滑板和吸附剂接触的部分，和阀杆连接的受力部分不再喷涂。这种方法即确保了阀板的耐磨性，又兼顾了阀板的抗拉伸性。
陶瓷阀芯的实验，证明陶瓷阀芯完全可以克服介质的磨损，适应于SZorb工艺，给解决滑阀磨损问题找到了途经。

图5 陶瓷阀芯情况
8.闭锁料斗调节阀磨损问题
闭锁料斗D－106压力PIC2401是分程控制，来调节闭锁料斗压力以便进行顺控程序。闭锁料斗侧上部安装过滤器ME－102，气体通过PIC2401A1和PIC2401A2调节排放，吸附剂被过滤器滤除，不能带到后路系统。如图6所示。

图6 闭锁料斗压力调节流程示意
济南炼化闭锁料斗系统在运行4年后，泄漏量增大，程序无法运行。对调节阀拆解检查，发现阀芯磨损严重。如图7所示为磨损的阀芯，阀芯材质为A182－F11/全部堆焊司太莱合金，耐高温，可以承受一定的腐蚀和磨损。

图7 PIC2401A2磨损
根据工艺流程判断，PIC2401A1和PIC2401A2是调节闭锁料斗气体压力的，中间有过滤器，吸附剂不会进入后续流程。理论上对这两台调节阀和后路球阀造不成磨损，但是从实际使用来看，过滤器后面的这两台调节阀和球阀都不同程度的受到磨损，这说明ME－102过滤器不能完全过滤掉吸附剂。吸附剂通过气体带入后路后，对阀门造成严重的磨损。所以通过对过滤器的维修，可以解决后路阀门的磨损问题。
9.结语
闭锁料斗是SZorb装置的核心，阀门的磨损是制约闭锁料斗连续运行主要因素。济南炼化目前使用碳化钨喷涂技术，对球体和阀座进行喷涂。球体和阀座之间的间隙采用升温打压来确定，在密封试验装置上，对阀体加热到工艺操作温度，然后用4.0MPa的氮气进行密封试验。经过数次检验，合格后上生产线。维修后的阀门使用周期由原来的4个月提高到7个月左右，球体和阀座之间的配合效果显著提升，球阀的耐磨能力明显增强。
随着世界各国对环境保护要求的不断提高，全球汽油硫含量的指标正日趋严格，国内汽油品质也由国Ⅲ升级到国Ⅳ标准，油品升级的关键在于脱硫。催化出来的汽油含硫一般就控制在5×10-4左右，而SZorb工艺能到10mg/L以下。闭锁料斗阀门磨损是制约SZorb装置长周期运行的一个重要因素，中石化系统SZorb装置越来越多，对闭锁料斗阀门的研究和改进对装置的平稳运行是非常有必要的。
文章链接：http://www.klevalve.com/jsxw/1183.htm

资讯来源：无锡科莱恩流体控制设备有限公司