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      加氫裝置中高壓調節閥的技術選型
      發布時間:2021-12-1  文章來源:本站原創  網絡編輯:admin(管理員)  瀏覽次數:101

      加氫裝置一般是在高溫、高壓、臨氫等條件下操作的油品二次加工裝置,具有工藝技術較復雜、介質易燃、易爆、易凝、易腐蝕等特點,對操作安全要求嚴格、操作難度大。因此,要求自動控制系統不僅要有完備的控制功能,更重要的是必須具有高可靠性和高安全性。調節閥作為自動控制系統中的執行單元,其選型應滿足工藝流程和操作的要求。調節閥的控制效果、工作壽命都將影響裝置的生產效果。由此可見,在工程設計階段,調節閥的選型至關重要。

        加氫裝置中常有需要在高壓差工況下工作的調節閥,這些調節閥通常選用角形調節閥。結合國內某柴油加氫裝置,。

        1.加氫裝置中的高壓差工況及其影響不同于其他煉油裝置,加氫裝置中的高壓差工況對調節閥的應用產生了一定的影響。

        1.1閃蒸和氣蝕現象 原理氣蝕:又稱空蝕,穴蝕。流體在高速流動和壓力變化條件下,與流體接觸的金屬表面上發生洞穴狀腐蝕破壞的現象。氣蝕分為閃蒸和空化兩個階段:閃蒸:如果閥門縮流斷面(縮流斷面:在閥座口的最大流道縮徑處或其下游,流體速度增加,在實際縮徑處的下游會出現流束的最小橫斷面,即縮流斷面)處的壓力達到或低于液體所在情況的飽和蒸汽壓時,部分液體產生氣化,形成氣液兩相共存的現象。這種現象稱為“閃蒸”。

        空化:產生閃蒸以后,如果閥門的出口壓力并不保持在飽和蒸汽壓以下,而是急劇上升,這時氣泡破裂轉化為液態,這種現象稱為“空化”。所以第一階段液體內部形成空腔或氣泡,即閃蒸階段;第二階段氣泡發生破裂即空化階段。

        (1)閃蒸對閥芯嚴重沖刷破壞,在其表面形成光滑的磨痕。沖刷最嚴重的地方一般在流速最高處, 即閥芯或閥座環接觸線上或附近。氣泡破裂時所有的能量集中在破裂點上,其沖擊力大大超過大部分金屬材料的疲勞破壞極限,在閥門內件表面形成粗糙的渣孔般外表面。

      ?。?span>2)振動。閥芯的振動包括垂直振動和水平振動,它們分別來自流體對閥芯的垂直撞擊與水平撞擊,造成機械磨損和破壞。

      ?。?span>3)噪聲。包括閥芯振動造成的噪聲、空化造成的噪聲、高速氣體造成的氣體動力噪聲。

        由此可見,高壓差引起的閃蒸和氣蝕,會對閥門結構造成不可逆轉的損害,嚴重影響閥門使用壽命,甚至直接導致閥門調節失效。

        1.2 除了上述所說的閃蒸及氣蝕現象外,加氫裝置中的高壓差工況通常還與介質高溫、高壓或含有硫化氫這些特點并存,這樣的介質都會加劇調節閥的腐蝕。

        1)由于壓差較高,流體在閥體內的流速較高,如夾帶固體顆粒也會對閥內件造成較大沖擊、損壞。高流速也會加大閥門噪聲。

        2)如果調節閥經常工作在小開度狀態下,閥門整個壓降將全部作用于閥芯、閥座密封面附近,嚴重的沖刷有可能導致閥門泄漏。

        3)由于加氫裝置介質易燃、易爆、有毒,熱高壓分離器出口的調節閥還是整個加氫裝置中高、低壓系統的分界面。如果調節閥關斷不嚴密,發生泄漏或發生“高壓串低壓”的情況,將對整個裝置的生產安全、裝置區域的環境安全甚至是裝置操作人員的人身安全帶來嚴重危害。

        2針對高壓差工況的解決方法

            2.1針對閃蒸、氣蝕現象的對策由于閃蒸的出現是閥門下游壓力低于液體的飽和蒸氣壓導致的,而閥門的下游壓力是工藝流程決定的。所以, 對于調節閥來說,閃蒸不能預防,只能做到盡量避免或減小閃蒸帶來的破壞。不同于閃蒸的無法避免,氣蝕是可以處理的。由于氣蝕產生的原因是因為在縮流斷面產生了一個小于液體飽和蒸氣壓的壓力,而在閥門出口處壓力又恢復到或大于液體飽和蒸氣壓。所以,可以通過控制壓降來阻止氣蝕的發生。

        2.1.1從材料上考慮這種對策的目的是盡可能減小或隔離氣蝕對閥內件的破壞。

        通常來說,材料越硬,抗蝕能力則越強。但目前市場上并沒有長時間抵抗嚴重空化而不受損害的材料。

        另一方面,可以對閥座、閥芯、閥座密封線處做局部或整體硬化,如堆焊司太萊合金等,來提高閥內件的抗沖刷能力。

        2.1.2從結構上考慮1)采用角形閥,除用在管道成直角安裝的場所,角閥內部的流線形通道可防止固體顆粒在閥內聚集,以及對閥內件表面的沖擊,也便于自凈和清潔。角閥通常有較高的壓力恢復系數,在高壓差工況下可減少氣蝕的產生。對于汽化量較大的角閥,出口宜做成擴散式,以減少高速流體沖刷的影響,延長閥門的使用壽命。還可以選用閥芯、閥座易于更換的角閥。

        2)采用多級降壓閥內件,將通過閥門的壓降分成多個較小的壓降,而每一級壓降都不足以產生蒸汽氣泡,從而消除了氣蝕。

        3)采用多孔節流閥內件,在套筒或閥芯上開許多特殊形狀的孔。當液體從各個小孔噴射進去后,在套筒內發生碰撞消耗能量;讓氣泡破裂在套筒中心,避免對套筒和閥芯的直接破壞。

        2.2針對高溫、高壓等特點的對策同面對閃蒸和氣蝕現象一樣,依然可以從調節閥的材料及結構兩個方面來解決高溫、高壓等特點帶來的影響。選擇合適的閥體和閥內件材料,同時需兼顧成本及材料在結構上的匹配問題,就可以在一定程度上避免或減輕這些不利工況對閥門的影響。具體措施將在下文結合實例進行介紹。

        3不同工況下的實際應用本文結合的柴油加氫裝置采用連續液相加氫技術,該技術取消了常規滴流床技術中的高壓循環氫系統。為適應液相為連續相,氣相為分散相的特點,采用上流式反應/分離器。反應器流出物不經換熱直接進入熱高壓分離器。表1 中所列為裝置內高壓調節角閥的主要工藝參數。

        裝置中所有的高壓調節角閥均采用金屬硬密封并達到ANSI CL V的泄漏等級要求。在閥門結構上,所有高壓調節角閥都采用流開型。調節角閥有流開型,也有流閉型結構,但是根據使用經驗,流開型的結構下調節閥穩定性較好,噪聲和振動較小,可調節性強。

        下面按照介質狀態,將表1中高壓調節角閥分成兩大類,對其選型應用進行比較說明。

        3.1介質狀態為氣體的高壓調節角閥3.1.1高壓調節角閥的結構PV-14102、FV-11701/11702HV-11701均采用的是柴油加氫裝置中高壓調節角閥主要工藝參數底進側出的套筒式結構角閥。根據所示,這幾臺調節閥的介質均為氣體。由于氣體介質在調節閥內不存在發生閃蒸或氣蝕現象的情況,在滿足調節閥開度及出口噪聲等閥門計算要求的情況下,不需要采用多級降壓閥芯。加氫裝置的氣體中可能夾帶催化劑顆粒,故不宜采用迷宮式閥芯結構。

        對于介質干凈無固體顆粒的情況,則可選擇迷宮式閥芯結構。圖1是某迷宮式閥芯結構的閥籠。在閥籠上開許多平行窄槽,用以減少紊流并在擴展面積上有較好的速度分布。這種方法既可有效減少噪聲及振動,也不影響調節閥的流通能力。

        3.1.2高壓調節角閥的材質由于在裝置開工硫化階段,新氫壓縮機打循環,進出口管線中含有硫化氫。POLOVO閥門建議選用閥體材質為A216 gr WCC,閥芯材質為410不銹鋼,必須達到NACE   MR0175標準的要求。如果溫度較高,管道材質是ASTM A312 TP321,相應的調節閥閥體材質選用ASTM A351CF8C,閥內件材質也相應采用347SS??紤]到介質中夾帶固體顆粒的情況,對閥芯、閥籠表面需做硬化處理。

        3.2介質狀態為液體的高壓調節角閥反應進料泵出口最小流量調節閥原料油溫度較低、腐蝕性較小,POLOVO調節閥閥體選用的是A216 gr WCC,閥內件選用的630不銹鋼并做了硬化處理。

        因為原料油溫度相對較低,其飽和蒸氣壓也較低,通過選用底進側出的多級降壓式閥芯結構, 可避免出現介質壓力低于其飽和蒸汽壓的情況,從而避免氣蝕的發生。選用的閥芯結構。通過閥芯內部的流道設計,及采用不等分級降壓的措施,對流體的壓降進行控制,以防止氣蝕發生。相鄰的兩段閥芯,切槽錯開呈90°分布,流體經過閥芯與套筒之間的流道,需要轉90°才能流進下一段閥芯。流體在轉彎過程中沖撞閥芯及套筒內壁消耗能量,抵消壓差,實際作用在每段閥芯上的壓差降低,有效延長閥芯壽命。這種結構將軸向流、徑向流和圓周流結合,使流體流經閥門時壓力平穩降低,大流道也利于固體顆粒通過。套筒式導向結構保證閥門平穩控制,將預估會發生氣蝕的位置設計在遠離閥芯密封面處,能夠有效地保護閥門。

        對于現場要求零泄漏的情況,閥座也采用了保護型設計,其目的就是避免在調節閥最初的15% 開度中,在閥內產生明顯流量,由于流體保持靜態,閥芯、閥座密封面就不會在這個階段承受閥門的全部壓降, 不會出現被流體嚴重沖刷導致調節閥泄漏的現象。

        由于汽化量較大,必然存在閃蒸現象,這是我們一般采用側進底出的流開型結構。這是一種被稱為“圣誕樹”式的軸流式多級降壓閥芯結構,在逐級降壓的過程中流道面積不斷增大,給氣體提供足夠的膨脹空間,避免在降壓過程中介質壓力降至飽和蒸氣壓以下。逐級膨脹的空間可以逐級降低介質流速, 以減輕閃蒸對閥內件的沖刷,有效防止介質中固體顆粒聚集、堵塞流道。

        在這種工況下,采用這種閥門內部結構在最大程度上減輕了閃蒸和氣蝕對閥門的損害,延長了閥門的使用壽命,維護裝置的安全穩定生產。在實際的使用過程中閥門工作狀態良好。

        4.加氫裝置中的高壓調節角閥雖然同在高壓差工況下工作,但是由于介質的狀態、溫度、壓力、腐蝕性等參數不同,調節閥的材質,特別是閥芯結構上會有較大差異。在調節閥選型設計時既要充分考慮各項因素,讓調節閥能夠在苛刻工況下長期有效的工作;也要考慮成本,根據實際情況選擇適度的材質及結構,不做過度設計。




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