電動升降式高溫旋塞閥在延遲焦化裝置上的應用

魏文，陳繼高，鄭志斌

（浙江石油化工有限公司，浙江舟山316000）

某公司延遲焦化裝置于2019年11月建成投產，采用中石化洛陽工程公司（LPEC）開發的“可靈活調節循環比”工藝、“兩爐四塔”流程，加熱爐、焦炭塔實現大型化。除焦部分采用LPEC開發的“安全環保型延遲焦化密閉除焦、輸送及存儲成套技術（S-CCHS）。焦炭塔操作方面采用程序控制與聯鎖系統技術，即Programmed Control & Interlock System for Coking Operation（Co-PCIS），Co-PCIS涵蓋焦炭塔全部操作步驟，包括焦炭塔操作生產過程（切換4通閥、生焦、小吹汽、大吹汽、給水、溢流、放水、開頂/底蓋機、水力除焦、關頂/底蓋機、蒸汽試壓、油氣暖塔）所涉及到的全部閥門、機械、設備，涵蓋焦炭塔操作的整個循環周期。

由于進口高溫電動球閥投資費用高、維修不便、輔助密封蒸汽耗量大等原因，在設備采購的過程中經過論證后選擇了一批電動升降式高溫旋塞閥。主要用于焦炭塔的分支油氣管線、油氣放空線、加熱爐出口線、分餾塔底部過濾器、甩油過濾器等部位，全裝置共使用40多臺，其中焦炭塔部分的閥門全部進入安全聯鎖控制系統。裝置開工后閥門運行工況良好。

1 閥門介紹

旋塞閥動作通過電動升降式執行機構，按提升、旋轉、下降順序自動完成，結構簡單，操作方便，可以很好的實現閥門的自動化操作。該閥主要由閥體、閥芯、閥蓋、支撐環、盤根、墊片、螺柱、螺母、填料壓蓋、配對法蘭、蒸汽管和電動執行機構構成，結構見圖1。

旋塞閥閥芯為空心結構設計，在密封力作用下能產生彈性變形，補償閥門高溫變形，提高密封效果。閥體與旋塞構成封閉空間的閥腔，減少輔助密封蒸汽的損耗，旋塞下部與閥體中部的耳軸套接，上部與閥桿套接。

電動執行機構部分主要由聯接體、限位軸、下摩擦副、傳動絲杠、上摩擦副、蝸輪、蝸桿、上碟簧等構成。

安裝固定在傳動絲杠上端支架上，通過蝸桿與蝸輪傳動。傳動絲杠中部設有圓形臺階，臺階的上部安裝有上碟簧、上摩擦副，上碟簧、上摩擦副通過花鍵與傳動絲杠徑向聯接，用彈性卡圈與擋圈軸向定位。臺階下部安裝有下碟簧、下摩擦副，通過花鍵與傳動絲杠徑向聯接，通過彈性卡圈與擋圈軸向定位。

聯接體通過銷軸與閥桿聯接。閥體上端的閥蓋中部裝有閥桿和填料壓蓋，側面安裝有蒸汽法蘭。其中蝸輪中心設有2頭右旋梯形螺紋，聯接體中心設有左旋梯形螺紋［1］。通過1個驅動裝置使旋塞自動完成提升、旋轉、下降順序動作，旋塞旋轉時閥門密封面無摩擦，驅動力矩小，使用壽命長。旋塞下降動作通過螺旋效應增大密封力，旋塞的空心結構可補償閥門高溫變形，提高密封效果，閥腔始終是封閉空間，防止蒸汽泄漏。

2 優勢分析

2.1 閥門結構

根據延遲焦化裝置間歇生產的特性，高溫部位的閥門既要滿足高溫要求，還要能承受溫度變化，須有溫度補償機構。閥門的開啟及關閉應1次操作，開啟力矩小，無潤滑。閥體上不允許有焊縫，閥門應為整體制造（包括法蘭），合金鋼閥門應進行正火+回火熱處理。在焦炭塔分支油氣管線、油氣放空線、加熱爐出口線、分餾塔底部過濾器、甩油過濾器等部位使用時，還應有較好的防結焦性能。為了提高密封性、減少蒸汽消耗，這種旋塞閥采用了彈性金屬密封閥座，當溫度變化引起閥體變形時由彈性金屬密封閥座補償。相較而言，旋塞閥的結構優于閘閥和球閥，閥芯與閥體硬接觸的形式可以減少結焦，也有利于破壞焦層，避免閥道結焦而無法完全關閉。閥門參數見表1。

2.2 執行機構

執行機構是1種能提供直線或者旋轉運動的驅動裝置，包含了位置傳感裝置、力矩傳感裝置、保護裝置、邏輯控制裝置等，這些機構或者模塊安裝在1個緊湊的外殼里面［2］。

常用的執行機構的驅動方式有3種：電動、液動和氣動。根據裝置操作特性，優先選用電動執行機構，對比分析見表2。

綜合來看，由于電動執行機構成本適中，輸出推力大、運行穩定，電能獲取容易，且參數控制可以達到非常精準的狀態，所以這批閥門優選電動執行機構。

2.3 耗能情況

延遲焦化裝置的管路介質中含焦油氣、溫度高（500℃）、伴隨有H2S和焦粉固體顆粒，且易結焦，閥門很容易出現卡澀故障［3］。要求閥門除了具有良好的密封性能外，還應有耐高溫、耐H2S腐蝕、防止結焦等功能。

因此，旋塞閥在閥體和閥蓋上設置了吹掃截止閥，通過吹掃管與閥腔連接。使用蒸汽吹掃和輔助密封，蒸汽壓力始終大于介質壓力，防止閥內結焦。與球閥相比蒸汽消耗量更小，見表3。

表3 蒸汽消耗

3 注意事項

3.1 密封蒸汽

旋塞閥閥芯上下2端面各有1個蒸汽管，當閥芯密封面與閥體密封面分離時，蒸汽迅速通過密封面間隙進入2密封面間，阻止油氣和焦粉顆粒沉積，防止密封面結焦。因此須在管路上安裝孔板及旁路，正常情況下孔板全量通過，確保閥門開關過程中有足夠的蒸汽量將雜質吹回管線內［4］。定期檢查蒸汽壓力和旋塞閥上蒸汽管溫度，一旦發現異常，需立即開大孔板旁路進行吹掃。

3.2 填料函

制造時選用質量好填料函，推薦加鎳絲的柔性石墨編織填料和柔性石墨環搭配使用，比單純使用石墨編織填料效果好。柔性石墨填料裝好后要用填料壓蓋預緊，預緊時要達到密封效果且預緊程度較小。過緊會使填料發生蠕變，使用一段時間后密封面接觸應力發生變化而逐漸失效，同時也會使閥芯在提升和旋轉時增大電動執行機構扭矩。填料函和閥桿的表面粗糙度一般應小于Ra0.8μm，制造時應對相關零部件有嚴格的精度要求和配合精度要求［5］。

3.3 閥芯

對于閥芯直徑較小的閥門可以在磨床上進行磨削加工，對于閥芯直徑較大的閥門需人工輔助研磨，使閥體與閥芯完全吻合并提高表面精度。設計閥體與閥芯時兩密封面要采用同一尺寸作為加工基準，減小加工誤差，制造時要考慮誤差對密封面的影響，加工過程中注意各個連接件螺栓孔的相位，減少螺栓孔相位的累積誤差，相位差控制在電動執行機構允許范圍內。

4 結束語

裝置應用證明，電動升降式高溫旋塞閥已能滿足延遲焦化工藝要求。延遲焦化裝置高溫部位閥門的運行工況關系著裝置運行，一旦泄漏就會發生火災。所以運行中要做好日常管理，確保密封蒸汽正常注入，防止泄漏、結焦。近幾年國內煉油化工行業正在經歷大發展，此種電動升降式高溫旋塞閥的應用范圍將會不斷擴大。