（上海新佑能源科技有限公司，上海 201203）

加氫裝置高壓控制閥的設(shè)計(jì)選擇

梅申

（上海新佑能源科技有限公司，上海 201203）

為提高燃料油品質(zhì)，我國在國內(nèi)大力發(fā)展各類油品加氫裝置。通過蒽油加氫裝置項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并參與現(xiàn)場施工服務(wù)，介紹了高壓控制閥門的結(jié)構(gòu)形式、材料選擇、控制機(jī)構(gòu)、過程連接。通過合理的控制閥設(shè)計(jì)選型，取得符合工藝要求的控制效果。

氫脆；角閥；側(cè)進(jìn)底出；底進(jìn)側(cè)出

0 引言

加氫裝置最早由德國在20世紀(jì)初發(fā)展起來，那時(shí)德國缺乏石油資源，便通過煤焦油加氫進(jìn)行彌補(bǔ)。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，加氫工藝在原油加工中得到了大發(fā)展，在世界各地的煉油廠，加氫裝置成為了主要裝置。

由于中國是一個(gè)能源比較匱乏的國家，原油大量進(jìn)口，煤炭相對較多。近幾年大力開展煤化工制油和渣油蒽油的綜合利用。提供催化加氫生產(chǎn)合格的燃料油或化工原料油。2013年初，公司將山東某民營蒽油加氫裝置項(xiàng)目的自控設(shè)計(jì)任務(wù)交由我負(fù)責(zé)自控設(shè)計(jì)。

1 工藝要求

加氫裝置的技術(shù)難點(diǎn)在于高溫高壓介質(zhì)的測量和控制。包括溫度，壓力，流量，液位的測量；以及高溫高壓介質(zhì)的流量控制。

高溫高壓介質(zhì)主要分為氣體和液體：氣體主要是氫氣，分新氫和循環(huán)氫；液體主要是原料油和加工過程油品，還有部分含硫污水等。

2 高壓調(diào)節(jié)閥選型

根據(jù)不同工藝要求，高壓調(diào)節(jié)閥分為單座調(diào)節(jié)閥和單座角閥，如圖1、圖2。

根據(jù)工藝要求，對于高壓流量控制閥門，在閥前后壓差大時(shí)，需選用高壓角閥。

2.1閥體材質(zhì)的選用

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求閥體材質(zhì)必須等于或優(yōu)于工藝管道材質(zhì)。

由于氫氣的特性，在加氫工藝過程中，對高壓氫氣的管道材料有其特殊要求，普遍采用A106碳鋼。控制氫氣的調(diào)節(jié)閥，需選用抗氫脆的材料（氫氣介質(zhì)溫度達(dá)到一定高度時(shí)材料有氫脆問題），故選用特種碳鋼A216WCC。氫氣分新氫和循環(huán)氫，針對循環(huán)氫中會含有硫的成分，材料選擇必須加上（抗硫型）。

對于液體介質(zhì)，特別是原料油和中間介質(zhì)，因?yàn)槭窃图庸さ漠a(chǎn)物蒽油，粘度高，同時(shí)含有較多重組分，溫度低時(shí)，粘度更高，且容易凝結(jié)。工作溫度在攝氏180度至270度。對調(diào)節(jié)閥提出了較高的要求。故選用特種碳鋼A216 WCC或不銹鋼A351CF8C。對于部分反應(yīng)后含硫的介質(zhì)，材料選擇必須加上（抗硫型）。碳鋼材質(zhì)有NACE處理需求。

圖1 高壓單座調(diào)節(jié)閥Fig.1 High-pressure single-seat control valve

圖2 高壓單座角閥Fig.2 High-pressure single-seat angle valve

2.2閥芯材質(zhì)和閥座材質(zhì)的選用

根據(jù)材料強(qiáng)度的要求，大部分調(diào)節(jié)閥選用了316L不銹鋼，部分高溫介質(zhì)采用347（裂化原料油、精制原料油、裂化混氫油、精制熱高分油、裂化熱高分油）。

2.3填料的選用

對于低溫介質(zhì)，采用Double PTFE四氟材料；而高溫介質(zhì)，則采用Single Graphite石墨。

2.4流量特性

對于高壓單座調(diào)節(jié)閥，流量特性為常用的等百分比；而對于高壓角閥，流量特性宜為線性（可咨詢閥門廠商）。

本項(xiàng)目采用德國進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，高壓單座調(diào)節(jié)閥和高壓角閥的流量特性均為等百分比。

2.5高壓角閥流向的選擇

由于使用高壓角閥，必須注意介質(zhì)的流向。大多數(shù)高壓角閥的生產(chǎn)商建議底進(jìn)側(cè)出；根據(jù)高壓角閥的特性，一般要求液體介質(zhì)側(cè)進(jìn)底出，氣體介質(zhì)底進(jìn)側(cè)出。對液體介質(zhì)，底進(jìn)側(cè)出時(shí)，氣蝕較大，必須加上司太萊堆焊等工藝，以加強(qiáng)閥體（側(cè)進(jìn)底出在工藝方面考慮低壓側(cè)流速高、高速流體對設(shè)備損傷作用大）。

圖3 高壓角閥，一用一備Fig.3 High pressure angle valve, one with a prepared

圖4 M2 本體部構(gòu)造Fig.4 M2 body part section view

本項(xiàng)目有4臺熱高分罐出口閥，經(jīng)廠家計(jì)算后，汽化率較高，必須將出口管徑擴(kuò)大，故采用2”進(jìn)，3”出的方案，結(jié)構(gòu)上是側(cè)進(jìn)底出。

2.6手輪的選用

由于使用高壓調(diào)節(jié)閥的工藝要求較高，故必須配備手輪，主要根據(jù)氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，大多安裝在調(diào)節(jié)閥頂部，也有少量安裝在調(diào)節(jié)閥側(cè)面。安裝在頂部可直接轉(zhuǎn)動，安裝在側(cè)面需加齒輪傳動機(jī)構(gòu)，在現(xiàn)場有可靠性方面的擔(dān)心。

3 高壓切斷閥選型

高壓切斷閥選用平行閘板閥。

3.1高壓切斷閥的應(yīng)用

應(yīng)用于原料油進(jìn)料，高分罐出口，緊急放空及高壓注水。故要求動作迅速，采用氣動雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不帶反饋彈簧。配套的電磁閥采用原裝ASCO二位三通隔爆式，提供一臺鎖止閥，一臺二位五通和兩臺二位三通的氣動執(zhí)

行機(jī)構(gòu)推動氣缸動作。為保證故障狀態(tài)時(shí)，閥門處于安全位置，特加入儲氣罐，保證至少兩次可將閥門回到安全位置。由于閥門口徑較大，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩要求較高，故統(tǒng)一要求廠家采用3/4”氣源接頭。

3.2閥體材質(zhì)的選用

閥體材料選用A216-WCB，含硫介質(zhì)需抗H2S；熱高分出口選用A351-CF8C（做NACE認(rèn)證）。

3.3閥芯材質(zhì)和閥座材質(zhì)的選用

閥芯材質(zhì)和閥座材質(zhì)選用SUS304不銹鋼，加司太萊堆焊；熱高分出口選用SUS347不銹鋼，加司太萊堆焊。

3.4填料的選用

依據(jù)介質(zhì)溫度選擇填料，本項(xiàng)目均選用石墨。

3.5手輪的選用

根據(jù)工藝要求選配手輪。

4 高壓電動切斷閥選型

高壓電動切斷閥均選用Y型截止閥。

圖5 M2 型體：標(biāo)準(zhǔn)型Fig.5 M2 type body: Standard

圖6 高壓切斷閥控制氣源示意圖Fig.6 High-pressure shut-off valve to control gas supply schematic

4.1高壓電動切斷閥的應(yīng)用

應(yīng)用于對新氫壓縮機(jī)和循環(huán)氫壓縮機(jī)的出口控制。

4.2閥體材質(zhì)的選用

閥體材料選用A216-WCB，循環(huán)氫需抗H2S。

4.3填料的選用

依據(jù)介質(zhì)溫度選擇填料，本項(xiàng)目均選用石墨。

4.4手輪的選用

均需帶手輪。

4.5電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

采用了國產(chǎn)合資產(chǎn)品。由于對動作速度的要求，必須配合功率較大的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電源采用三相380V電源。特別注意設(shè)計(jì)中需保證電源供應(yīng)（電動機(jī)啟動功率很大）。

由于壓力等級均為CLASS 1500或CLASS 2500，故法蘭類型選用RJ密封面。

特別注意：環(huán)連接面需使用金屬環(huán)墊，且金屬材質(zhì)的硬度需低于法蘭材質(zhì)30。由于加氫的特殊要求，工藝管道不少是采用碳鋼材料，硬度較低，所以建議金屬環(huán)墊的材

料使用軟鐵材料。

圖7 切斷閥的控制氣路Fig.7 Gas line shut-off valve control

圖8 儲氣罐Fig.8 Tank

圖9 Y型截止閥的剖面圖Fig.9 Sectional view of the Y-type globe valve

圖10 高壓法蘭密封面Fig.10 High pressure flange sealing surface

圖11 環(huán)連接面Fig.11 Ring joint face

5 設(shè)計(jì)中需注意的問題

由于加氫裝置的特殊性，涉及高溫高壓的介質(zhì)，且原料油成分的復(fù)雜性，通常粘度較高，對控制閥提出了較高的要求；而高壓氫氣則需防止材料的氫脆；循環(huán)氫及中間過程油品又含有硫及硫化氫成分，材料需具有抗硫特性。

對于高壓控制閥，其外形尺寸、質(zhì)量遠(yuǎn)大于低壓控制閥，故需在廠商返回訂貨資料后仔細(xì)核對，配合配管專業(yè)合理安排安裝位置。

6 結(jié)束語

蒽油加氫裝置的應(yīng)用，使原來價(jià)值較低的蒽油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)石腦油和柴油。此裝置的柴油產(chǎn)品，可用于車輛的燃料，其硫含量和氮含量均符合國V標(biāo)準(zhǔn)。極大的提高了產(chǎn)品的價(jià)值，產(chǎn)生了很好的效益。

[1]李大東主編．加氫處理工藝與工程,第1版[M]．北京：中國石化出版社,2004．

[2]何衍慶編著．控制閥工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用,第1版[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005．

High-pressure Hydrogenation Unit Control Valve Design Choices

Mei Shen
（Shanghai New-unity energy technology CO.,LTD.,Shanghai 200127,China）

In order to improve the quality of fuel oil, developing all kinds of oil hydrogenation unitin China domestic. The anthracene oil hydrogenation plant project design, and participate in the site construction service, introduces the high-pressure control valvestructure, material selection, control mechanism, process connection. Through the control valve design and selection of reasonable, consistent with the requirements of the process to obtain control effect.

hydrogen embrittlement, angle valve, side into the bottom out, into the side of the bottom

TP214

B

1671-1041(2014)06-00014-04

2014-09-16

梅申（1968-），男，杭州人，工程師，從事自控專業(yè)設(shè)計(jì)。