加氫裂化熱高分控制角閥國產化技術探討及實施

牛澤文

（福建福海創石油化工有限公司，福建 漳州 363216）

石化行業在社會經濟發展中起到了舉足輕重的作用，關系到人們衣食住行的方方面面，但是中國在高精尖及大型設備上高度依賴進口，一旦斷供將造成不可估量損失。福海創積極響應國家號召，在關鍵設備中使用國產設備，不僅節約了大量成本，而且提高了中國石化裝備制造業的創新能力，縮小中國石化裝備制造業與世界先進水平的差距。

1 福海創220萬噸/年加氫裂化裝置熱高分角閥的基本情況

1.1 福海創220萬噸/年加氫裂化裝置工藝及特點

福海創220 萬噸/年加氫裂化裝置采用美國CLG 公司的LC-Fining 工藝（沸騰床加氫裂化工藝）。

LC-Fining 工藝是反應器中的催化劑與重油構成流體運動的特征，重油從反應器下部送入，至下向上流動，催化劑處于運動狀態，好像沸騰的液體。

LC-Fining 工藝特點是：對原料油的適應性廣、反應器內溫度均勻、催化劑在線加入和排出、裝置運轉周期長、有良好的轉質和傳熱、催化劑利用率高、渣油轉化率高，裝置操作靈活。

1.2 福海創220萬噸/年加氫裂化裝置熱高分角閥特點及工藝參數

特點：熱高分角閥屬于高壓溫中溫金屬類閥門（公稱壓力：PN10.0 ～PN80.0；溫度：120℃＜t ＜450℃）。加氫裂化熱高分高壓調節角閥，屬于流體控制閥領域的重點和難點。

工藝參數如下：

閥門位號：21-LV-016A21-LV-016B ；流向：底進側出。

介質：熱高分油（含H2S），液態。

閥前壓力：14.22MPa；閥后壓力：3.5MPa；最大關閉壓差：15.67MPa。

操作溫度：228℃，設計溫度：316℃。

操作密度：614.6kg/m3；運動粘度：0.325mm2/s。

操作流量：最大505223 kg/h；正常388633 kg/h；最小15543 kg/h。

1.3 前期購買進口閥門使用情況

騰龍芳烴（漳州）有限公司后改名福建福海創石油化工有限公司，項目建設初期采購的為日本原裝進口KOSO閥門，產品名稱為：氣動活塞式高壓多段式閥芯型角閥；產品型號：510A-6345LA-WH ANSI1500# 8″*6″帶頂撞旁式手輪。

21-LV-016A21-LV-016B 兩臺閥門開車期間是一臺使用一臺備用，在2013 年開車期間是21-LV-016A 在使用不到3 天的情況下，閥門突然全部打開，定位器控制無法動作，旁式頂裝手輪無法搖動也無法控制，緊急切換到備臺21-LV-016B，備臺閥門在使用不到3h 后也出現同樣情況。為了使裝置運行，不得已關小21-LV-016B 備閥后的Y 型截止閥來控制流量。

經過原因分析后，初步判定為：閥內平衡密封環破損，造成閥內腔上下壓力不平衡，執行機構力矩不足以克服介質往上的力矩，而且配置的手輪力矩也偏小，在不平衡力下跟本無法操作。

通過聯系KOSO 廠家售后，緊急采購2 套平衡石墨環對21-LV-016A 進行解體，解體后發現平衡密封環已不見蹤跡，閥門內腔出現小顆粒焊渣，在對21-LV-016A 維修后進行投用。21-LV-016B 在進行維修中更換平衡密封環，然而在維修B 閥的過程中，A 閥又不受控制，又出現以上問題。廠家派專業售后到現場服務，在反復更換零配件，陸續花費大量人力物力后，投用中還出現閥芯脫落、閥桿斷裂，閃蒸密封面破損一系列問題。因以上問題一直無法得到解決，不得已另尋其他解決方案。

經過多次分析及向同行業了解情況后得出最終結論：

1）平衡環采用柔性石墨或PTFE 平衡環，不耐沖刷、極易損壞。

2）閥芯導向部位與壓圈間隙過大，平衡環損壞后，閥芯由平衡型變為非平衡型結構，導致執行機構推力不足，無法控制。

3）降壓級數不足或設計缺陷導致閥芯存在局部氣蝕現象，尤其是閥芯密封面部位。

4）閥桿與閥芯部位焊接部位強度降低，易彎曲甚至斷裂。

5）閥芯徑向支撐不足，導致機械振動大、機械噪音大，閥門設計不合理。

綜上，在此閥門上維修已無價值，需要采購兩臺新閥。同行業工況閥門一直被其它進口品牌所壟斷，閥門及備件價格高昂。為響應國家號召，節約成本，由此開啟了此閥門的國產化道路。

2 國產化準備風險分析

2.1 裝置現狀

21-LV-016A21-LV-016B 兩臺閥門裝置運行時都無法投入使用，控制液位主要靠21-LV-016A 閥后Y 型截止閥人工控制，21-LV-016B 處于隔離狀態，在線更換不存在裝置停車風險。

2.2 國產化資金風險

本次準備為21-LV-016A21-LV-016B 兩臺閥門進行國產化，國內知名品牌閥門生產商無錫智能自控股份有限公司受邀提供的測試產品，測試合格后再付款，無直接經濟損失風險。

3 國產化準備

3.1 國產化閥門要達到的標準

1）平衡密封環要耐用，即使損壞時執行機構推力能夠克服閥芯的不平衡力，閥門開度可控。

2）平衡密封環損壞、執行機構氣缸串氣時，配套手輪機構可以使用，閥門開度可控。

3）閥門結構要降噪減壓，防止產生閃蒸對閥芯及密封面的損傷。

4）閥芯閥桿要防斷裂、防脫落。

5）法蘭距尺寸要與原閥門相同，安裝空間滿足現場要求。

3.2 國產化方案

經過雙方多次交流和分析探討，最終方案如下：

1）平衡環采用PTFE+Inconel X750（高壓特制），雙平衡冗余密封結構。一臺閥門上設計安裝兩個平衡密封環，以提高工作使用壽命。重新計算不平衡力，加大執行機構推力，執行機構按最高壓降選配，實現雙層保護，確保平衡密封環損壞時執行機構有足夠的推力控制閥位。

2）閥芯導向采用彈性金屬（Inconel X750）導向，同時加粗閥桿直徑，增加閥桿強度，顯著提高抗振動能力；閥芯和閥桿連接方式改為螺紋加銷的定位，可以有效防止閥桿斷裂和閥芯脫落。

3）同時，配置雙作用油壓缸手輪，確保在平衡密封環損壞和氣缸串氣同時出現時可用。

4）在確保流量滿足的前提下，加大閥內件直徑，改進降壓結構，采用多級串式加孔板再加節流槽設計，降低閥芯整體承受的壓差，減小振動。降噪減壓采用高壓多段式結構，同時閥座底部加兩層多孔降壓板。為防止小顆粒進入平衡腔內或者堵住閥芯的導壓孔，加大導壓孔，同時在閥芯底部設計一層細孔板，有效地把小顆粒擋在導壓孔之外。另外，吸收Masoneilan 技術，閥芯和閥桿留有15%的空行程，對于介質到第一個降壓腔內起到緩沖作用，有效地減少介質閃蒸對閥內件密封面的破壞。

5）為確保滿足現場安裝要求，法蘭距（ISS S75.03）及標準（ANSI B16.5 RJ）尺寸嚴格按照原閥門尺寸定做毛呸加工，并到現場測繪安裝空間，確保留足安裝和維護空間。

4 國產化進程與實施

無錫智能自控股份有限公司積極參與，并受邀于福海創，為其免費提供測試產品。經努力，成功開發出此款國產化產品。國產化角閥參數及測試情況如下：

4.1 閥體參數對比

1）原進口KOSO 角閥口徑為DN200×150，法蘭間距為421mm×421mm，鑄件閥體材質為A217-WC6，結構為多段式，閥內件材質為440C，閥桿材質為316，閥桿直徑為Φ25，平衡密封環材質及數量為柔性石墨1 只。

2）無錫智能角閥口徑為DN200×125，法蘭間距為421mm×421mm，鑄件閥體材質為WC9，結構為多段式，閥內件材質為440C，閥桿材質為17-4HP，閥桿直徑為Φ45，平衡密封環材質及數量為Inconel+PTFE X750 填充物2 只。

4.2 執行機構參數對比

1）原進口KOSO 角閥執行機構形式為氣動活塞，安全系數1.1，驅動氣源壓力為0.4MPa，手輪形式為頂裝傘齒，配氣源儲氣罐，故障位置FC。

2）無錫智能角閥執行機構形式為氣動活塞，安全系數＞1.8 可調，驅動氣源壓力為0.45MPa，手輪形式為頂裝液壓，配氣源儲氣罐，故障位置FC。

圖1 流量與行程線性實測圖Fig.1 Linear measurement of flow and stroke

4.3 控制定位器選擇對比

1）原進口KOSO 閥門定位器選擇為西門子定位器，西門子定位器氣源控制為壓電模塊式，對氣路連接及其它附件漏氣量要求較高，一旦達不到要求，定位器會不定期的補氣，就會閥門喘動。

2）無錫智能角閥閥門定位器選擇為Fisher DVC 6200系列定位器，Fisher 定位器氣源控制為碰嘴擋板式，其特點就是控制平穩，能夠連續對氣缸壓力進行補充，不會因氣路附件正常漏氣量對閥門造成影響（氣缸串氣除外）。

4.4 閥門測試

1）閥門常規測試合格

閥體強度耐壓測試使用30MPa 的潔凈水，外觀無明顯外漏，填料密封測試22MPa 的潔凈水，填料處無明顯外漏。泄漏量測試使用17MPa 的潔凈水，實測漏量為0ml/min，氣缸氣密測試使用0.45MPa 的壓縮空氣，在5min 內壓力下降遠低于標準5.0KPa，各項指標測試合格。

2）閥門行程測試與流量測試

行程測試：在安裝完氣路附件后，接通電源氣源等必要條件后進行行程整體測試，分別給定0%、25%、50%、75%、100%控制信號，閥門響應及時、運行平穩，無卡澀、超調等現象，行程測試合格。

流量測試：經過現場安裝測試， 閥門行程在15%～85%之間，流量可控，達到設計院最大流量要求（見圖1）。

5 結論

熱高分高壓角閥國產化替代方案基礎準備工作及線下線上測試基本完成并符合預期，從2013 年6 月運行至2014 年3 月運行情況正常，為保險起見，停車后特對21-LV-016A21-LV-016B 兩臺閥下線解體檢查，檢查結果各項指標正常。后由于裝置停車，2018 年12 月開車至今，未出現任何問題。熱高分高壓角閥國產化取得了成功，開創了國內同類裝置的先例，促進了進口設備國產化推進工作，其響應國家長遠規劃，順應國家自主知識產權發展趨勢，符合集團公司降本增效管理目標，對團隊技術水平提升及公司技術實力積累等方面均起到極其正向與積極的意義。