劉洋
摘 要:本文結(jié)合裂解閥的閥座密封面結(jié)構(gòu)特點,分析了閥座硬化材料司太立的特性及其在堆焊中的影響因素,獲得了現(xiàn)場條件下修復裂解閥閥座合金密封面的工藝方法。
關(guān)鍵詞:裂解閥;司太立;堆焊
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.014
0 引言
雙閘板閥是乙烯工藝裂解的關(guān)鍵設(shè)備之一,安裝裂解爐出口用于切斷帶有焦油的高溫裂解氣。雙閘板閥的運行狀態(tài)直接影響裂解爐的運行和安全。隨著乙烯裂解裝置運行周期的延長造成了閥門超長周期服役運行,閥門閥座硬密封出現(xiàn)不同程度損壞或拉傷,長期運行下來,加劇閥門損壞程度,對檢維閥門帶來更大的修復難度。同時,雙閘板閥門的密封面修復及質(zhì)量驗收保證,對整個裝置的高負荷生產(chǎn)提供了有利保證。
1 裂解閥的密封結(jié)構(gòu)及損壞原因分析
圖1為帶導流裝置的雙閘板平行式裂解閥,主要由閥體1、閥座2、閥板3、導流裝置4、導板5組成,兩個閘板與導流裝置分別安裝在眼鏡式的閥架中,當閥門關(guān)閉時,兩閘板被楔塊撐開緊密地壓在閥座上,形成強制密封。當閥門完全開啟時,導流裝置(《一種閥門用開位密封導流裝置》,已申請專利)和閥座形成彈性密封,防止介質(zhì)進入閥腔。
導流裝置密封面a、閥板密封面b分別與閥座密封面c形成開位密封副和關(guān)位密封副。密封面一般采用整體堆焊鈷鉻鎢合金Stellite6,該合金在高溫條件下長期使用損壞情況有輕微劃痕、整體磨損、合金缺失、漸進式缺失、貫穿性劃傷幾種情況。
密封面損壞原因分析可分為:
(1)密封面接觸摩擦。因為雙閘板閥門膨脹節(jié)與閥座開位彈性密封原理,膨脹節(jié)在過盈狀態(tài)下裝配,所以合金硬密封面出現(xiàn)少量輕微痕跡,或者出現(xiàn)硬密封面均勻磨損都屬于正常使用下造成的結(jié)果(存在膠粉卡澀,長期開關(guān)時造成拉傷)。
(2)閥門開啟(100%)、關(guān)閉不到位(0%)。雙閘板閥在長期使用過程中密封面造成損壞,主要是介質(zhì)壓力變化、氣相冷凝下焦油、膠粉堆積在此處,日積月累則造成硬密封面磨損,導致泄露量增大。蒸汽和裂解氣在密封面處形成高速的流動,加劇密封面沖刷,局部出現(xiàn)不同程度的深淺劃痕。對檢修閥門的修復帶來更大難度。
(3)閥門內(nèi)件間隙中焦塊卡阻。在密封面與眼鏡板中間,開啟閥門時受到阻礙,為了滿足工藝生產(chǎn)需求,有時硬性開啟或著關(guān)閉閥門(人力搖手輪、風動馬達等),尤其風動馬達動力大,則加劇了合金硬密封面貫穿性劃傷,一般情況這種密封面損壞的特點比正常磨損的寬度、深度都要大,并且合金損失較大。
2 雙閘板閥合金硬密封面修復的難點
2.1 閥座合金特性
雙閘板閥座堆焊材料為司太立合金(Stellite6),Stellite6屬于Co-Cr-W-C系列合金,該系列是司太立合金的經(jīng)典系列,特點是合金元素少,含碳量均較高。此產(chǎn)品耐磨性能好、硬度高、抗高溫、抗氣蝕性能強、韌性較差[1]。
雙閘板閥座的材質(zhì)為15CrMo,15CrMo合金鋼管以低碳和低硫為主要特征。常用的合金元素按其在15CrMo合金鋼管的強化機制中的作用可分為:固溶強化元素(Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等);細化晶粒元素(Al、Nb、V、Ti、N等);沉淀硬化元素(Nb、V、Ti等)以及相變強化元素(Mn、Si、Mo等)。從而可大大改善15CrMo合金鋼管的韌性和焊接性能,控制不當時容易出現(xiàn)焊縫裂紋,作為Stellite6合金堆焊基材兩者屬于異種金屬焊接。
Stellite6合金的導熱系數(shù)約為0.035X4.1868J/cm-2·cm-1·S-1·℃-1,導熱性能較差。具有較好的應力松弛性能,當達到某一消除應力的溫度后應力迅速下降,溫度在800℃以上時應力就會消除。這些特點是現(xiàn)場修復合金閥座的必須掌握的材料特性,對于焊接的熱輸入量控制及補焊后的熱處理具有尤為重要的意義。
15CrMo鋼系珠光體組織耐熱鋼,在高溫下具有較高的熱強性(δb≥440MPa)和抗氧化性,并具有一定的抗氫腐蝕能力。由于鋼中含有較高含量的Cr、C和其它合金元素,鋼材的淬硬傾向較明顯,焊接性差。
3 裂解閥閥座現(xiàn)場修復的工藝方法
在現(xiàn)場閥座修復過程中,需從焊前準備、補焊過程及補焊后處理各個環(huán)節(jié)做好充分準備工作。
3.1 焊前準備
3.1.1 堆焊區(qū)域檢查及表面處理
檢查需要堆焊范圍,確定寬度、深度、有條件下進行劃線標識, 由于Stellite合金的氧化性,首先用角向砂輪打磨徹底清理去除堆焊部位20mm范圍內(nèi)的滲碳層,打磨深度應大于0.4mm,測量打磨部位的硬度值,并保證施焊區(qū)域達到HB185~321的要求。按照JB4730-94檢測標準,檢查打磨后的導向凸肩表面質(zhì)量不得有裂紋、夾渣等缺陷,達到I級標準為合格。然后用丙酮清洗閥座焊接部位及其周圍50mm范圍內(nèi),保證無水、油等;用砂紙清除氬弧焊絲表面的油污和銹斑等贓物。
3.1.2 溫度控制
焊接工藝及參數(shù)采用氧乙炔火焰加熱的方法進行焊前預熱,預熱溫度為350~400℃,用測溫儀測量預熱溫度,堆焊部位露出,其他部位用保溫材料進行包覆,避免燒傷。預熱溫度達到后開始焊接,溫度控制在300~400℃。
3.2 合金面堆焊
3.2.1 硬密封面堆焊
堆焊要求:直流正解,電壓范圍10~15V,焊接速度最好為30~50mm/min,每道擺動寬度<10mm,每層堆焊厚度<4mm,焊接過程中不許產(chǎn)生任何缺陷,重點檢查引、收弧處,發(fā)現(xiàn)缺陷立即打磨,去掉氧化層,進行補焊,焊后進行局部熱處理,熱處理采用火焰加熱至640~660℃,保溫30min,用測溫工具進行檢測,升溫及冷卻速度 <300℃/h,冷卻時最好用硅酸鋁纖維毯包覆降溫。
對堆焊后的焊件進行著色、超聲波探傷檢查,檢測堆焊位置沒有裂紋、氣孔等缺陷,同時進行硬度測試,硬度值必須達到與木材相近,滿足合金面使用性能。
4 預防處理辦法
(1)控制好閥門切換時的閥前壓力變化,在確保介質(zhì)不到串情況下,盡量降低閥前工藝壓力,減小介質(zhì)流速,從而減輕介質(zhì)對閥體密封面驟然沖刷。
(2)安排專人定期檢查閥體溫度變化,主要檢查防焦蒸汽(MS)是否暢通,建立起巡檢臺賬并做好記錄,做好分析趨勢圖,調(diào)整減少氣態(tài)膠粉冷凝,保證防焦蒸汽及時帶出膠粉。
(3)閥門開啟時遇到卡澀時,由專業(yè)設(shè)備人員檢查卡澀情況后再確認是否使用手輪開關(guān),避免盲目強制操作,影響大閥長周期運行。
5 結(jié)束語
乙烯裝置雙閘板閥門正常使用保證整個裝置安全平穩(wěn)運行,同行業(yè)交流得知,隨著運行周期增加,及操作不當,造成裂解氣閥門及清焦閥門閥座硬密封過度磨損及拉傷嚴重,本文中對雙閘板閥門現(xiàn)場修復工作能夠滿足閥門要求,通過閥門密封面堆焊總結(jié)經(jīng)驗及操作預防處理辦法,制定焊接指導書及工藝操作,同時要求類似硬密封閥門修復質(zhì)量驗收標準。
參考文獻:
[1]操龍光,徐飛,鄧鵬.低合金鋼熱膨脹系數(shù)測定和分析[J].材料科學與工藝,2013(06).