蓄熱式熱氧化爐換向閥泄漏分析

□ 閆俊杰 □ 吳慧軍

中國石化催化劑有限公司長嶺分公司 湖南岳陽 414009

1 現(xiàn)場情況

近年來,隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國對工業(yè)“三廢”的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)。過去人們比較關(guān)注廢水、廢渣的排放,隨著人民對美好生活的要求越來越高,國家對工業(yè)廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物的排放也提出了嚴(yán)格的要求。蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)具有凈化效率高、揮發(fā)性有機(jī)物組分適用性強(qiáng)、熱回收效率高、運行穩(wěn)定性好等優(yōu)點,在石油化工等行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。

劣質(zhì)渣油催化臨氫熱轉(zhuǎn)化催化劑生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一氧化碳廢氣。一氧化碳廢氣具有易燃易爆、爆炸極限范圍寬、有毒有害等特點。一氧化碳廢氣的分子量與空氣相當(dāng),簡單地高空排放,將對周邊環(huán)境造成較大的危害,如果不集中收集妥善處理,極易發(fā)生安全事故。改造后的劣質(zhì)渣油催化臨氫熱轉(zhuǎn)化催化劑裝置采用蓄熱式熱氧化爐,將一氧化碳廢氣充分燃燒生成二氧化碳,二氧化碳?xì)怏w無毒無害,可直接排放。由于一氧化碳廢氣的爆炸極限范圍較寬,如泄漏超限,極易造成爆炸,因此必須確保蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)零泄漏,這樣才能確保設(shè)備安全平穩(wěn)運行。

蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)運行初期,六個換向閥均存在泄漏情況,現(xiàn)場一氧化碳報警器報警值達(dá)100 μmol/mol,存在嚴(yán)重安全隱患。

2 處理流程

蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)主要由燃燒室、蜂窩陶瓷蓄熱體、燃燒器、換向閥、壓縮空氣系統(tǒng)、燃?xì)饧爸枷到y(tǒng)、可編程序控制器等組成。

蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)在輸入一氧化碳廢氣前,先將進(jìn)氣室預(yù)熱,一氧化碳廢氣通過進(jìn)氣室預(yù)熱后,再輸入燃燒室進(jìn)行高溫燃燒,燃燒室使用天然氣作為燃料,燃燒溫度通常維持在750～850 ℃的高溫狀態(tài),一氧化碳廢氣氧化燃燒分解為二氧化碳和水,同時釋放出大量的熱量,高溫氣體經(jīng)排氣室與蜂窩陶瓷進(jìn)行熱量交換,達(dá)到蓄熱的目的,當(dāng)蜂窩陶瓷蓄熱達(dá)到一定溫度時,系統(tǒng)自動切換,排氣室轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)氣室,常溫下的一氧化碳廢氣通過進(jìn)氣室的高溫蜂窩陶瓷迅速升溫,從而使燃燒室維持設(shè)定溫度所消耗的燃料能耗為最低。

三室蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)共有六個換向閥,在爐底兩兩成對,分組布置。這三組換向閥對應(yīng)于蓄熱式熱氧化爐的三個蓄熱器,它們按一定順序打開和關(guān)閉,以引導(dǎo)煙氣通過蓄熱器和燃燒室,并最終排入大氣。

蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)處理一氧化碳廢氣的工藝流程如圖1所示。

圖1 蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)處理一氧化碳廢氣工藝流程

3 換向閥泄漏問題

蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)首次投用輸入一氧化碳時,現(xiàn)場的一氧化碳報警器即報警,報警值為100 μmol/mol,達(dá)到了報警器的上限值。出于安全考慮,停爐對閥桿采用噴肥皂水的方法進(jìn)行泄漏檢查。通過檢查,確定六個換向閥閥桿處存在泄漏情況。

確定泄漏點后,聯(lián)系設(shè)備廠家對閥門進(jìn)行了檢修,更換了閥桿填料。檢修完后對六個換向閥再次進(jìn)行了泄漏檢查,發(fā)現(xiàn)閥桿處仍然泄漏。鑒于以上情況,對換向閥進(jìn)行了解體檢查,發(fā)現(xiàn)換向閥的設(shè)計存在缺陷。

換向閥主要由氣缸、閥桿、閥體、平面閥板等組成,如圖2所示。閥桿在往復(fù)運動中對密封填料造成磨損,使一氧化碳廢氣通過填料縫隙處直接泄漏到大氣中,該種泄漏存在較大安全環(huán)保隱患,是必須杜絕的。

圖2 換向閥結(jié)構(gòu)

4 原因分析

檢查發(fā)現(xiàn)換向閥共有兩個漏點,分別為閥桿處和閥門填料壓蓋周邊,換向閥泄漏點如圖3所示。

(1) 填料函與換向閥蓋板之間密封問題。換向閥內(nèi)部泄漏點如圖4所示。從換向閥解體后內(nèi)部結(jié)

圖3 換向閥泄漏點

構(gòu)來看,換向閥存在四處密封點,任何一個密封點密封不嚴(yán),都會導(dǎo)致一氧化碳廢氣外漏。密封點1為換向閥蓋板與閥體之間的密封面,通過硅橡膠墊片密封。密封點2為填料函與換向閥蓋板之間,該點無密封。密封點3為填料與閥桿之間密封,該點通過石墨盤根密封。密封點4為填料擋板與填料之間密封,該點通過石墨盤根密封。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出,密封點2未進(jìn)行密封是造成換向閥外漏的主要原因。

圖4 換向閥內(nèi)部泄漏點

(2) 填料壓板設(shè)計存在的問題。原換向閥填料壓板為3 mm厚不銹鋼板,材質(zhì)為304,通過斷續(xù)焊焊接在填料函上,該結(jié)構(gòu)存在兩個問題。

第一,填料壓板無法起到壓緊填料的作用。當(dāng)填料磨損,閥桿出現(xiàn)輕微泄漏時,無法通過壓緊填料的方法來消除泄漏情況。

第二,更換填料難度較大。原結(jié)構(gòu)每次更換填料時需要用手動砂輪將填料壓板上的焊點割除,更換完填料后,要用電焊將填料壓板重新焊接在填料函上,每次更換填料難度較大。焊接過程屬于明火作業(yè),當(dāng)換向閥內(nèi)部存在未排放完的一氧化碳廢氣時,極易發(fā)生爆炸,存在較大安全隱患。

綜合以上分析,換向閥結(jié)構(gòu)設(shè)計存在問題是泄漏的主要原因。

5 解決措施

對于填料函與換向閥蓋板之間密封問題,采用焊接的方法將該密封點滿焊。焊接采用氬弧焊,焊絲采用308焊絲,焊接后采用超聲波探傷,探傷合格后回裝。

對填料壓板改造,重新加工一個15 mm厚填料壓板,尺寸與原填料壓板相同。新加工的填料壓板與填料函配鉆M14螺孔,通過螺栓將填料壓板固定在填料函上。填料函通過斷續(xù)焊焊接在換向閥蓋板上,解決了每次更換填料難度較大,并且存在安全隱患的問題。改造后填料壓板如圖5所示。

圖5 改造后填料壓板

6 結(jié)束語

通過改造蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)換向閥的結(jié)構(gòu),徹底解決了換向閥閥桿泄漏問題,提高了閥門的密封性能,將一氧化碳?xì)怏w輸入蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)后,未再出現(xiàn)一氧化碳報警器報警問題,系統(tǒng)運行安全平穩(wěn),尾氣達(dá)標(biāo)排放,解決了一氧化碳?xì)怏w泄漏存在的安全隱患,能夠滿足安全環(huán)保要求。

改造后的填料壓板方便更換填料,實現(xiàn)了通過緊固壓板來壓緊填料的目的。

筆者通過蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)換向閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,為蓄熱式熱氧化爐系統(tǒng)換向閥的合理設(shè)計提供了參考思路。