【專業(yè)控】催化裂化用超高溫蝶閥

       【專業(yè)控】催化裂化用超高溫蝶閥

       一、前言

       煉油廠催化裂化用超高溫蝶閥技術含量高，設計及制造難度大，造價高，開發(fā)該類閥門可提高企業(yè)的技術水平和經(jīng)濟效益。該類高溫蝶閥按使用工況可分為煙機入口高溫調(diào)節(jié)型蝶閥、煙機入口高溫切斷型蝶閥、煙氣旁路高溫蝶閥和煙氣余熱回收系統(tǒng)的冷壁（襯里）蝶閥四種。應用于煉油廠催化裂化裝置動力回收系統(tǒng)煙氣管道調(diào)節(jié)、切斷用。介質(zhì)：催化劑煙氣（煙氣含塵密度小于0.2kg/m3，煙氣中催化劑顆粒大于10μm的應在總含塵量3%～8%），設計壓力0.26MPa，設計溫度<923℃，公稱通徑DN1600。本文主要針對煙氣余熱回收系統(tǒng)的冷壁（襯里）蝶閥（見圖1）的研制進行了介紹。

       超高溫蝶閥結(jié)構(gòu)

       1.閥體2.蒸汽吹掃口3.隔熱耐磨龜甲網(wǎng)襯里材料4.閥桿5.蝶板

       二、結(jié)構(gòu)特點

       催化裂化用超高溫蝶閥閥體采用冷壁（襯里）結(jié)構(gòu)，由鋼板和法蘭焊接后內(nèi)襯隔熱耐磨材料而成。蝶板采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，與閥體上的兩個半圓臺階形閥座組成密封結(jié)構(gòu)。閥桿采用半軸鍛件結(jié)構(gòu)，與蝶板采用銷釘連接帶動閥瓣轉(zhuǎn)動。閥桿兩端支撐軸承各設蒸汽吹掃口和密封注脂口，以保證閥軸密封效果。

       三、設計的關鍵技術

       超高溫蝶閥設計一般有兩種方案，一種為冷壁，一種為熱壁。兩者設計思路完全不同，冷壁是在閥體內(nèi)表面設非金屬隔熱層，材料設計溫度一般按150～300℃考慮，設備外壁溫度低于200℃，材料選用時由于有隔熱襯里層，可選用耐高溫腐蝕性稍差的材料，成本低（還有一種是在空心閥體、蝶板等零件內(nèi)引入如水等其他介質(zhì)，來降低材料溫度）；熱壁是閥體外表面采用保溫材料，設計溫度按最高操作溫度加安全系數(shù)（一般10～20℃），材料需選用能抗高溫和耐腐蝕、耐沖蝕的材料，成本高。

       1）閥體

       催化裂化用煙氣余熱回收系統(tǒng)的超高溫蝶閥采用了冷壁結(jié)構(gòu)，殼體為鋼板和法蘭焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯隔熱耐磨龜甲網(wǎng)襯里材料。冷壁內(nèi)襯隔熱襯里材料是采用龜甲網(wǎng)，手工搗制成型，它經(jīng)過精心施工和烘干后會獲得良好的熱導率和線收縮性，具有較高的高溫抗壓強度。耐磨襯里厚度為100～150mm，其中耐磨層20～31mm；隔熱層80～119mm；閥體由于有龜甲網(wǎng)（06Cr13）、柱形錨固釘（06Cr19Ni10）、端板（06Cr13）等部件使熱量從內(nèi)傳到外壁，局部壁溫升高。局部溫度會到300℃，一般取350℃作為壁厚強度計算溫度。除此還應考慮剛度和結(jié)構(gòu)來決定壁厚，防止由于殼體變形導致襯里失效。閥座設計為臺階型，閥座邊緣噴焊硬質(zhì)合金。閥體與煙氣管道的連接接口采用直接焊接形式。閥體材料的選擇除考慮結(jié)構(gòu)、溫度、剛度之外，還應考慮與管道材料的焊接性能綜合選材，本閥采用的是壓力容器鋼Q235—C。

       超高溫蝶閥襯里及密封副結(jié)構(gòu)

       1.臺階式閥座2.殼體3.柱形錨固釘及端板4.隔熱混凝土 5.耐磨混凝土6.龜甲網(wǎng)7.蝶板

       2）蝶板

       蝶板為HK40整體鑄造，邊緣均噴焊硬質(zhì)合金，并經(jīng)磨削加工以減少泄漏，提高耐磨性能。由于高溫閥門熱膨脹的影響，蝶板與閥體在起動、關閉時會出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，所以在設計時應考慮蝶板與閥體的間隙及偏心量。

       3）閥桿

       閥桿采用鍛件分段結(jié)構(gòu)，與蝶板采用銷釘連接，便于加工和裝拆。在閥桿與蝶板輪轂之間設有噴焊硬質(zhì)合金的耐磨襯套，保護閥座圈之間的外露閥桿，避免該處高速氣流對其沖蝕。閥桿兩端的支撐軸套采用耐高溫的STL6軸承，該軸承具有較高的機械強度和耐蝕性，可避免軸承因高溫或銹蝕等原因易造成閥桿卡阻的弊病。閥桿兩端還設有外部軸承支承，且均為自由端受熱后可自由伸縮。

       4）填料密封結(jié)構(gòu)

       為防止煙氣中催化劑進入軸套卡住閥桿，在閥桿兩端支撐軸承前各設一個蒸汽吹掃口，定期或常用1MPa（A）、250℃的過熱蒸汽進行吹掃，并可冷卻閥桿以防止煙氣、催化劑顆粒進入軸腔積灰結(jié)垢。

       閥桿填料結(jié)構(gòu)

       1.閥桿2.蒸汽吹掃口3.注脂口4.碟簧組件5.碟簧6.碟簧固定套 7.填料壓蓋8.隔環(huán)39.填料（石墨）10.填料箱11.隔環(huán)2 12.高溫填料13.隔環(huán)14.軸套

       5）氣動、電液動的執(zhí)行機構(gòu)

       該類超高溫蝶閥一般采用氣動、電液動的執(zhí)行機構(gòu)，兩種執(zhí)行機構(gòu)均設有正常調(diào)節(jié)和緊急快速關閉兩個控制回路，以及自保阻尼來減輕蝶閥快速關閉時對蝶閥的沖擊。為了提高煙機甩負荷控制的精度和可靠性，選用電液執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)為：靈敏度1/600，精確度1/600，輸入輸出信號4～20mA，全行程時間＜4s，緊急動作時間＜1s。

       并且電液執(zhí)行機構(gòu)最好選用偏置曲柄連桿機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊、輸出力矩大，特別是其輸出力矩曲線與煙機入口超高溫蝶閥的操作力矩相似，在設計時合理調(diào)整參數(shù)可使機構(gòu)的最大輸出力矩點與蝶閥的最大操作力矩點相匹配，能使執(zhí)行機構(gòu)得到充分合理利用。

       四、經(jīng)驗總結(jié)

       超高溫蝶閥研制完成后，經(jīng)用戶使用發(fā)現(xiàn)在高溫情況下出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。針對這一問題分析認為是高溫材料膨脹系數(shù)選擇不當，重新進行高溫間隙計算校核并進行有限元分析后對閥桿與閥體的間隙進行調(diào)整，經(jīng)檢修后再未出現(xiàn)問題。

       催化裂化用超高溫冷壁（襯里）蝶閥的研制成功，解決了閥門材料選型、高溫情況下密封以及閥桿密封結(jié)構(gòu)設計、執(zhí)行機構(gòu)的要求等問題，為煉油廠催化裂化裝置系統(tǒng)用閥取得了經(jīng)驗，同時該閥的國產(chǎn)化為煉油企業(yè)在日益激烈的市場競爭中進一步降低生產(chǎn)成本、實現(xiàn)節(jié)能降耗發(fā)揮積極作用。