80萬t/年重油催化裝置滑閥典型事故分析

邢少偉，吳 明，陳 雷

(勝利油田石油化工總廠，山東 東營 257000)

勝利油田石油化工總廠重油催化裝置反應(yīng)系統(tǒng)原有滑閥八臺，在2007年改造中，由于新增汽油反應(yīng)系統(tǒng)而增加新滑閥三臺，在目前的11臺滑閥中有兩臺使用蒸汽作為反吹動力來源，其余滑閥使用風(fēng)作為反吹動力。它們分別是汽油再生滑閥、重油再生滑閥，因為這兩個滑閥的下游有油氣不能與風(fēng)接觸，故反吹動力只能使用蒸汽。反吹蒸汽主要布置在滑閥的兩個地方，一個是布置在滑閥閥桿填料函，起密封作用。另一個是布置在正對兩個導(dǎo)軌的位置，起不讓因催化劑沉積在導(dǎo)軌而阻礙閥板運動的作用。

滑閥通常的結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般由閥體和執(zhí)行機構(gòu)組成，閥體主要由閥座圈、導(dǎo)軌、閥板、閥桿及緊固件等構(gòu)成。為延長滑閥使用壽命，在閥體部分襯有隔熱耐磨襯里，結(jié)構(gòu)較簡單，但是對材料以及安裝有很高的要求。

圖1

一、事故發(fā)生經(jīng)過

2008年7月5日上午10時，反應(yīng)系統(tǒng)的崗位人員發(fā)現(xiàn)汽油再生滑閥雖大范圍開關(guān)，但對于催化劑的流動控制完全失效，導(dǎo)致汽油反應(yīng)溫度急速下降，而使汽油反應(yīng)系統(tǒng)切斷進料，結(jié)果是使整個裝置內(nèi)的汽油質(zhì)量不合格，最后整個裝置須停工搶修。

拆開滑閥后發(fā)現(xiàn)，兩臺用蒸汽作反吹動力的滑閥有嚴重損壞，其中汽油再生滑閥閥桿端部磨掉而使其與閥板完全脫開，致使滑閥開關(guān)失效。支撐閥板的導(dǎo)軌沿閥桿軸向被磨出兩個幾乎貫穿的深洞。閥桿左右噴嘴為蒸汽反吹噴嘴，這兩個噴嘴正對導(dǎo)軌，主要用來防止催化劑的沉積影響閥板運動。

導(dǎo)致汽油再生滑閥開關(guān)失效的主要原因是閥桿端部的T型頭和閥板的T型槽被磨掉，致使閥桿與閥板完全脫開。而導(dǎo)軌上的縱向深洞正對兩個蒸汽反吹噴嘴，因而反吹蒸汽噴嘴與導(dǎo)軌的磨損有不可避免的聯(lián)系。

重油再生滑閥閥桿局部磨損，右側(cè)導(dǎo)軌同樣磨出一個深洞。該滑閥按目前狀況也不會再使用多長時間。

該裝置自1997年開車以來，滑閥從未出現(xiàn)過如此嚴重的磨損情況，因為滑閥對于裝置的長期平穩(wěn)運行起著至關(guān)重要的作用，這種情況的出現(xiàn)引起了公司的高度重視。

二、事故原因分析

重油再生滑閥和汽油再生滑閥所通過的催化劑與高溫油氣接觸，所以該兩閥的反吹動力采用蒸汽而不用風(fēng)，以避免油氣與風(fēng)接觸產(chǎn)生閃爆，不利于安全生產(chǎn)。

在2007年的設(shè)備改造中，反吹蒸汽采用公稱壓力為2.5MPa、直徑為20mm的管線輸送，在集合管分支后加有直徑為3mm的孔板，經(jīng)節(jié)流后分別流向閥桿填料函和兩側(cè)導(dǎo)軌。根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流動連續(xù)性方程,可以得到經(jīng)過孔板的流量與壓差之間的定量關(guān)系式：

式中：α——流量系數(shù)；

ε——膨脹校正系數(shù)；

d——節(jié)流板直徑；

△p——孔板前后差壓；

ρ1——孔板前的蒸汽密度。

從上面的公式可以得到反吹蒸汽經(jīng)過孔板離開蒸汽管時的速度v＝Q/A（A為蒸汽管的橫截面面積）。

由此可見，蒸汽在蒸汽管出口處的速度僅僅與孔板直徑的平方成正比，因此孔板直徑對于反吹蒸汽吹向閥桿T型頭及導(dǎo)軌的速度起著決定性的作用。

在舊的設(shè)計中，孔板直徑是2mm。這樣新的反吹蒸汽速度就是舊設(shè)計速度的2.25倍，可見孔板直徑的大小對反吹速度的影響極大。較高的蒸汽速度會增加催化劑的渦流速度以及對閥桿和導(dǎo)軌的磨損速度，大大降低滑閥的使用壽命。

另外，閥板及導(dǎo)軌和閥桿的材料選擇對于它們的耐沖刷能力影響重大，新設(shè)計中閥座圈閥板導(dǎo)軌及閥桿的材質(zhì)為0Cr19Ni9，而舊的設(shè)計中滑閥主體材料為GH180，相當(dāng)于美國標準的Incoloy800H。

GH180在長期高溫應(yīng)用中具有較高的冶金穩(wěn)定性，使用溫度最高可達1 100℃，且在高溫下易形成防護性能良好的氧化膜，該氧化膜具有足夠的黏附性，因此合金在抗氧化性能好的高溫下可承受反復(fù)加熱，氧化膜不易剝落，在較高溫度下具有高的持久強度和蠕變強度，在催化裝置反應(yīng)系統(tǒng)中，由于催化劑的存在，需要滑閥材料具有很高的耐磨性能，而該種材料恰恰可以滿足這種要求。

在新設(shè)計中，由于再生滑閥采用0Cr19Ni9材料，當(dāng)裝置反應(yīng)系統(tǒng)操作非正常時，如長時間的碳堆和油氣互竄出現(xiàn)的高溫情況，最高溫度可達800～900℃，而0Cr19Ni9的正常使用溫度在700℃以下，這樣在高溫下其強度和耐磨度都大大下降，強度的降低主要表現(xiàn)在材料的石墨化傾向明顯，并出現(xiàn)材料的開裂，強度的降低往往會加速材料的磨損，這些情況也可以從前面的圖中看出。像汽油再生滑閥和重油再生滑閥與高溫催化劑緊密接觸，在選材時要充分考慮材料在非正常狀況下的耐高溫、耐磨性能。

三、采取的改進措施

一是將蒸汽限流板孔直徑由3mm改為舊設(shè)計的2mm，以降低反吹蒸汽速度，進而減小催化劑對材料的磨損。

二是將汽油再生滑閥和重油再生滑閥的主體材料由0Cr19Ni9升級為GH180。

從2010年大修時的情況來看，看滑閥主體材料在使用1年半后磨損輕微，仍可繼續(xù)使用，達到了預(yù)期效果。

［1］中國石油和石化工程研究會.煉油設(shè)備工程師手冊[M].中國石化出版社，2003.

［2］王懷義.石油化工管道安裝設(shè)計便查手冊[M].中國石化出版社,2003.

［3］張展等.機械設(shè)計通用手冊[M].中國勞動出版社,1993.

［4］石油大學(xué)自動化系.測量儀表與自動化[M].石油大學(xué)出版社,1993.