柴油加氫反應系統安全閥的選擇

王 煜，孟令玲，王鐵剛

（中國寰球工程公司 遼寧分公司，遼寧 沈陽 111000）

柴油加氫反應系統安全閥的選擇

王 煜，孟令玲，王鐵剛

（中國寰球工程公司 遼寧分公司，遼寧 沈陽 111000）

柴油加氫反應是工業中改善油品性質的重要途徑，具有高溫高壓的特點，裝置不可缺少安全泄壓的安全閥，其種類較多，在加氫反應系統中起到重要的保護作用。柴油加氫反應分為傳統加氫反應和液相加氫反應，通過對傳統加氫反應和液相加氫反應的對比，論述了這兩種加氫反應部分安全閥的設置特點。

傳統加氫反應；液相加氫反應；彈簧式安全閥；先導式安全閥

柴油加氫精制是煉廠提高油品質量的重要手段，主要用于生產滿足標準的最終產品或滿足下游裝置對原料的需求。柴油加氫反應是指在給定空速的催化劑存在的條件下，在特定溫度、壓力操作條件下，原料油、混合氫通過反應器內催化劑床層，在催化劑的作用下，把所需加工的原料油中的氮、硫、氧等非烴化合物轉化為相應的烴類的過程[1]。具有處理原料范圍廣、液體收率高、產品質量好等優點[2]。

1 加氫反應系統設置安全閥的必要性

加氫精制的特點是高溫高壓的操作系統，而安全閥就是對超壓設備的一種保護措施，所以對于加氫反應體系，易超壓設備的壓力保護措施的計算與選擇就顯得尤為重要。常用的泄壓裝置有安全閥和爆破片。爆破片適用于造價較高、內部介質為粘度高或漿狀介質、或粉末狀、毒性較強、具有高腐蝕性或是化學反應將使壓力急劇升高的設備、爆破片在使用一次后將不可重復利用，并且當爆破片（爆破后）必須將其所保護設備停止運行，因而，爆破片一般只應應用在非連續生產的間斷生產過程。[3]加氫反應裝置中多選用安全閥對裝置進行超壓保護。安全閥為非人工操作閥門，其可實現自開自啟，無需人工操作，在壓力容器超過設定壓力時自動開啟，對被保護設備起到保護作用，防止其壓力超過設定的安全值，發生設備損壞和安全事故，當泄放到一定壓力時，安全閥恢復密封并自動關閉，阻止外部介質倒流或內部介質的不必要的流失。安全閥為壓力容器和煉油化工工藝系統上的重要安全保護設施，在石化、能源、冶金、航天等行業的生產裝置及其設備上有大量采用[3]。由于安全閥的性能和可靠性決定著生產裝置的安全，因而對安全閥的設計、選材、制造等方面應嚴格按照相應的標準規范進行，以免帶來安全生產的隱患。

2 安全閥的分類

按現行的國家標準，安全閥分為：直接載荷式，帶動力輔助裝置式，帶補充載荷式，先導式;按結構不同還可以分為帶波紋管和沒有波紋管的安全閥[4]，設計中常用的安全閥有通用式安全閥（全啟式和微啟式）、帶波紋管的安全閥，先導式安全閥，圖1-圖 4 即是常用安全閥的形式[4]。

圖1 彈簧封閉全啟式安全閥Fig.1Spring entirely closed safety valve1- 保護罩；2-調整螺桿；3-閥桿；4-彈簧；5 閥蓋；6-導向套；7-閥瓣；8-反沖盤；9-調節圈；10-閥體；11-閥座

圖2 彈簧封閉微啟式安全閥Fig.2 Spring entirely closed safety valve1- 保護罩；2-調整螺桿；3-閥桿；4-彈簧；5 閥蓋；6-導向套；7-閥瓣；8-襯套；9-調節圈；10-閥體

圖3 波紋管安全閥Fig.3 Bellow safety valve

圖4 先導式安全閥Fig.4pilot-operated safety valve

3 柴油加氫工藝流程簡介

柴油加氫按照反應的形式，可分為傳統加氫和液相加氫，在傳統加氫處理技術中，大量的循環氫氣體與進料混合進入反應器，以確保反應所要的氫氣被轉換成液相；而液相加氫處理技術的核心是能夠通過飽和液態循環物料提供反應所需的氫氣，液相加氫反應的優勢在于省去了循環氫壓縮機和高壓分離器的設置，減少一次投資、降低了裝置能耗。柴油加氫流程主要由反應及分餾兩大部分組成，傳統加氫與液相加氫的流程設置的區別主要體現在反應部分[5]。

傳統加氫反應部分流程的主要設備有：加氫反應進料泵、反應進料加熱爐、加氫反應器、熱高壓分離器、冷高壓分離器、熱低壓分離器、冷低壓分離器等。圖5所示即為柴油加氫反應的部分示意流程[6]。

圖5 柴油加氫反應流程圖[4]Fig.5process flow diagram of diesel hydrotreatingprocess

液相加氫反應部分流程的主要設備有：加氫反應進料泵、反應進料加熱爐、加氫反應器、熱低壓分離器、冷低壓分離器等。圖6所示即為液相加氫反應的部分示意流程。

圖6 液相加氫反應流程圖Fig.6process flow diagram of liquid-phase hydrotreatingprocess

4 加氫反應系統安全閥的選擇

傳統加氫反應在反應系統中，原料油進料經反應器至冷高壓分離器之間沒有閥門，因此可以將反應部分看做一個系統，將安全閥設置在冷高壓分離器上，一旦出現超壓的情況，安全閥起跳，就可以達到保護設備的效果，安全閥設置在冷高壓分離器上方的而不是在反應器上的好處是，在冷高壓分離器上介質溫度較低，此時選擇的安全閥形式為帶波紋管彈簧式安全閥；然而液相加氫反應為控制反應壓力而在圖6中的換熱器之后設置壓控閥，控制閥將加氫反應部分的分隔開來，因此反應器作為壓力容器必須設置安全閥以保證設備的安全運行[7]。

反應器上方的介質的操作溫度是 370～400 ℃，操作壓力為 7.0 MPa 以上，而在這種高溫高壓的條件下常規安全閥的O型密封圈是受應用條件的限制的，且在高溫條件下，安全閥的材質選擇也受限制，進而投資費用也會隨之增加，而先導式安全閥就適用于高壓、大口徑、位置緊湊的場合，它由主閥和導閥兩個部分構成，主閥的開關動作由導閥響應系統介質壓力決定。具有良好的密封性能，選擇先導式安全閥的好處就在于引壓點和泄放點可以位于不同地方，同時，它的動作很少受背壓的影響。

將先導式安全閥（導閥）設置在液相加氫反應器上方，引壓點在加氫反應器上，裝置一旦達到定壓，安全閥起跳，泄放點（主閥）在加氫反應進料泵出口處，反應進料泵出口的操作溫度為 150 ℃,操作壓力為 7.53 MPa,在進料泵出口處操作溫度大大的降低，有利于安全閥的選材。同時，在傳統的加氫反應中冷高壓分離器上泄放的是循環氫氣體，在液相加氫反應器上卸放的主要是液體，在相同條件下泄放氣體比泄放液體選擇的口徑要大，因泄放液體的安全閥成本也相對較低。

先導式安全閥雖然具有重復性好、開啟關閉動作精度高、閥門回座快、不易泄漏介質、能帶高背壓排放、使用壽命長、運行穩定可靠，可在線調校，關閉嚴密，維護操作方便等優點，但也存在缺點，其的可靠性由主閥和導閥共同決定，反應不如直接接觸式安全閥迅速、可靠，并且結構較為復雜，投資較常規直接作用式安全閥高[5]。因此要針對不同工藝不同工況合理的選擇安全閥。

5 結束語

隨著現代對環保要求的日益提高，柴油作為車用燃料油的重要組成部分，對于柴油加氫反應在工業中的應用非常廣泛，對于其操作條件為高溫高壓環境，因此對設備和整個裝置的保護措施的設置就顯得尤為重要，針對傳統加氫和液相加氫兩種技術的流程特點分別對反應系統的安全閥進行合理設計，可以起到既保護了設備，又節省了投資的最大效益作用，給安全生產帶來巨大效益。

［1］祝成耀,薛樹琦,劉靜. 余壓能量回收技術在柴油加氫精制工藝中的應用研究[C].現代化工,2015-07-20.

［2］李大東．加氫處理工藝與工程[M]．北京：中國石化出版社，2004:954-962.

［3］張寧夏. 爆破片的安裝設計[M]. 北京：中國石化出版社,2004：3-4

［4］張德姜，王懷義，劉紹葉. 石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊[M]. 中國石化出版社，2003,09（4）.

［5］ 徐春明，楊朝合．石油煉制工程[M].北京：石油工業出版社，2009：372-375．

［6］史開洪，艾中秋.加氫精制裝置技術問答[M]. 北京：中國石化出版社,2007：111-113．

［7］章日讓．石化工藝及系統設計實用技術問答[M]．北京：中國石化出版社，2000：192-193．

Choice of Safety Valves Installed in Reaction Section of Diesel Hydrotreatingprocess

WANG Yu, MENG Ling-ling, WANG Tie-gang
（HQCEC Liaoning Branch，Liaoning shenyang 111000, China）

Diesel hydrotreatingprocess is an important approach to improve dieselproperties inpetrochemical industry, which is characterized by high temperature and highpressure, and the safety valves must be used in theprocess, they are indespensable for hydrotreating units andplay an importantprotective role in the hydrogenation reaction system. Diesel hydrotreatingprocess consists of the traditional hydrotreatingprocess and the liquid-phase hydrotreatingprocess. Through the comparison of the above twoprocesses, installing charateristics of safety valves located in reaction section of both hydrotreatingprocesses were discussed.

Traditional hydrotreatingprocess; Liquid-phase hydrotreatingprocess; Spring-loaded safety valve;pilot-operated safety valve

TQ052

： A

： 1671-0460（2017）02-0362-03

2017-01-05

王煜（1984-），男，遼寧省沈陽市人，工程師，2007 年畢業于遼寧石油化工大學化學工程與工藝專業，研究方向：石油煉制：從事石油化工設計工作。E-mail：wangyu5057@hqcec.com，電話：024-31957502。