張 輝,王海崗

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

某公司渣油加氫處理裝置原料油(俗稱(chēng)渣油)自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器S-101在2014年6月開(kāi)工初期投用后即頻繁出現(xiàn)泄漏，主要為程控球閥閥體大蓋墊片密封泄漏，并伴有少數(shù)球閥填料滲漏。原料油反沖洗過(guò)濾器的主要作用是除去原料油中所含的大顆粒狀沉積物和機(jī)械雜質(zhì)等。如果過(guò)濾器過(guò)濾不干凈，這些雜質(zhì)將會(huì)進(jìn)入到加氫反應(yīng)器，造成反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層壓力降上升和催化劑活性降低等嚴(yán)重問(wèn)題。此外，大顆粒機(jī)械雜質(zhì)的存在大大降低了機(jī)泵機(jī)械密封的使用壽命，增加了后續(xù)流程中閥門(mén)內(nèi)件磨損和卡澀的概率。過(guò)濾器球閥的頻繁泄漏，給裝置平穩(wěn)生產(chǎn)帶來(lái)極大的安全隱患。

1 過(guò)濾器流程

原料油進(jìn)入裝置界區(qū)后，首先進(jìn)入原料油緩沖罐V101，再經(jīng)原料油增壓泵P101抽出升壓至2.2 MPa后與分餾塔底油進(jìn)行換熱，換熱后的原料油溫度達(dá)到280 ℃左右，隨即進(jìn)入原料油自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器S-101，除去原料油中的雜質(zhì)等。過(guò)濾后的原料油進(jìn)入濾后原料油緩沖罐V102，經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料泵P102升壓后進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。

反沖洗過(guò)濾器S-101由美國(guó)生產(chǎn)。過(guò)濾器有5組并聯(lián)使用，每組有10 個(gè)濾筒，共計(jì)50個(gè)獨(dú)立的濾筒組成。每個(gè)濾筒內(nèi)裝有一個(gè)濾芯，用來(lái)過(guò)濾原料油中粒徑不小于25 μm的機(jī)械雜質(zhì)。每組過(guò)濾器分別安裝有15臺(tái)程控球閥(其中DN80有12臺(tái)，DN100有3臺(tái))。過(guò)濾器有兩種自動(dòng)反沖洗方案，一是按照設(shè)定的壓差進(jìn)行反沖洗，即當(dāng)過(guò)濾器壓差達(dá)到設(shè)定壓差值時(shí)，系統(tǒng)將開(kāi)始自動(dòng)反沖洗；二是按照設(shè)定的固定時(shí)間來(lái)反沖洗，即當(dāng)達(dá)到設(shè)定的時(shí)間時(shí)，無(wú)論過(guò)濾器壓差是否達(dá)到反沖洗壓差，過(guò)濾器也會(huì)自動(dòng)開(kāi)始反沖洗。過(guò)濾器上控制柜控制面板根據(jù)設(shè)定程序，控制程控閥的開(kāi)關(guān)來(lái)完成整個(gè)沖洗過(guò)程。過(guò)濾器反沖洗過(guò)程如下：切除一組正常進(jìn)料，經(jīng)過(guò)置換、浸泡和排油至正常流程后，再切斷排油流程，打開(kāi)反沖洗流程，逐個(gè)濾筒反沖洗，沖洗完成后恢復(fù)正常流程。該過(guò)程依次經(jīng)過(guò)五組過(guò)濾器沖洗。置換油為濾后渣油，反沖洗后的污油排至渣油產(chǎn)品線送至下游裝置。反沖洗過(guò)濾器程控閥為球閥，由美國(guó)生產(chǎn)。球閥的開(kāi)關(guān)由氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)按設(shè)定程序來(lái)完成。

2 閥門(mén)泄漏情況

2.1 第一階段

2014年開(kāi)工初期過(guò)濾器球閥泄漏發(fā)生后，公司第一時(shí)間通知供應(yīng)商分析球閥大蓋墊片頻繁泄漏的原因。由于正值新裝置開(kāi)工，公司積極協(xié)調(diào)對(duì)S-101所有球閥進(jìn)行了拆卸下線檢查，重新更換了就近廠家生產(chǎn)制作的纏繞墊片，試壓合格后再回裝。在過(guò)濾器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，泄漏情況有所改善，但還是沒(méi)有徹底解決大蓋泄漏問(wèn)題。

供應(yīng)商在球閥泄漏發(fā)生后也派人到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了檢查，并不認(rèn)同將球閥大蓋墊片更換為非原裝墊片，并且認(rèn)為隨后的球閥泄漏與私自更換非原裝墊片有很大關(guān)系。

在廠家提供的解決方案無(wú)效的情況下，技術(shù)人員對(duì)泄漏閥門(mén)進(jìn)行解體，測(cè)量大蓋密封面及原裝墊片尺寸后發(fā)現(xiàn)：球閥閥蓋密封面設(shè)計(jì)較窄，原裝墊片寬度、厚度與密封面凹槽尺寸不匹配，這是造成大蓋密封失效的主要原因。另外,球閥大蓋連接螺栓材質(zhì)為304不銹鋼(0Cr18Ni9)，在高溫下，其膨脹系數(shù)較大，容易造成螺栓松馳預(yù)緊力不足而泄漏。尤其是在反沖洗過(guò)程中，其操作壓力和溫度急劇變化，更容易導(dǎo)致閥門(mén)大蓋密封失效。

2.2 第二階段

2017年初，反沖洗過(guò)濾器S-101程控球閥又頻繁出現(xiàn)填料外漏及閥桿磨損等故障(如圖1和圖2所示)，個(gè)別閥門(mén)甚至還出現(xiàn)了內(nèi)漏和卡澀無(wú)法動(dòng)作的情況。泄漏閥門(mén)下線檢查后發(fā)現(xiàn)其底部填料環(huán)幾乎已經(jīng)磨損殆盡了，頂部填料也有偏磨現(xiàn)象，閥桿在填料中不是固定旋轉(zhuǎn)的，而是上下左右晃動(dòng)的。

圖1 閥桿磨損照片

圖2 球體磨損照片

根據(jù)閥門(mén)動(dòng)作原理，綜合分析故障現(xiàn)象后認(rèn)為：球閥泄漏和閥桿球體磨損的主要原因是由于球閥填料密封設(shè)計(jì)不合理造成的。球閥在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，閥體內(nèi)充滿高溫渣油，閥桿與底部填料、渣油雜質(zhì)在旋轉(zhuǎn)時(shí)反復(fù)摩擦，導(dǎo)致填料損壞，造成閥桿與球體及上閥蓋之間偏心晃動(dòng)。底部填料磨損嚴(yán)重后閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)就會(huì)造成閥桿和球體的擠壓磨損，最終導(dǎo)致閥門(mén)內(nèi)漏和填料介質(zhì)外漏。

3 泄漏原因分析

3.1 工藝方面

該裝置原料油為常減壓重蠟油、減壓渣油以及焦化裝置的焦化蠟油的混合油，介質(zhì)本身黏度大，顆粒沉淀物及機(jī)械雜質(zhì)較多，過(guò)濾器壓差上升較快。過(guò)濾器反沖洗過(guò)程由控制程序控制，程控閥動(dòng)作頻率高，在此種工況下，這些雜質(zhì)隨著球閥閥芯及閥桿的頻繁動(dòng)作，極易造成閥芯、閥座、閥桿及填料損壞。

3.2 閥門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)閥蓋密封面設(shè)計(jì)

密封面偏窄，而介質(zhì)壓力和溫度都比較高，這就難以起到密封效果。另外，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，閥蓋密封槽的深度大于原裝墊片的厚度，纏繞墊片始終無(wú)法壓緊，也就無(wú)法達(dá)到密封效果，導(dǎo)致介質(zhì)外漏。

(2)上閥蓋螺栓材質(zhì)

球閥大蓋連接螺栓材質(zhì)為304不銹鋼，304不銹鋼螺栓的膨脹系數(shù)較大，在較高溫度下，螺栓膨脹使其緊固力矩不足，從而導(dǎo)致介質(zhì)從密封面處泄漏。尤其是過(guò)濾器在反沖洗過(guò)程中，其操作壓力和溫度急劇變化，更容易導(dǎo)致閥門(mén)大蓋密封失效泄漏。

(3)填料函結(jié)構(gòu)

該閥門(mén)為頂裝式球閥(如圖3所示)，其上閥蓋填料函一共有5片填料，材質(zhì)是柔性石墨環(huán)。其中2片在閥桿底部，為了防止介質(zhì)竄入閥桿與填料函內(nèi)壁，用專(zhuān)用法蘭頂著，防止脫落至閥體內(nèi)與介質(zhì)接觸；另3片在閥桿的頂部，用兩個(gè)填料金屬壓環(huán)、兩片金屬壓片及鎖緊螺母，將其緊固在填料函內(nèi)，防止介質(zhì)外漏。

球閥在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，閥體內(nèi)充滿高溫渣油，閥桿與填料、渣油雜質(zhì)在旋轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)反復(fù)摩擦，導(dǎo)致填料損壞，進(jìn)而渣油竄入閥桿與填料函內(nèi)壁之間摩擦，雜質(zhì)進(jìn)一步損壞閥桿及填料函下部填料，最后渣油滲漏。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體之間的安裝支架不利于填料壓蓋的在線緊固，在短時(shí)間內(nèi)形成嚴(yán)重的外漏，給生產(chǎn)及安全、環(huán)保造成嚴(yán)重的影響。

圖3 球閥內(nèi)構(gòu)件圖

4 改進(jìn)措施及效果

4.1 第一階段改造

解體分析找到球閥大蓋密封面頻繁泄漏的根本原因后，利用在2015年裝置單系列停工換劑檢修的機(jī)會(huì)，將反沖洗過(guò)濾器S-101的所有球閥閥蓋墊片，更換為密封性和回彈性較好的不銹鋼石墨復(fù)合墊片。將閥蓋304不銹鋼螺栓全部更換為Cr-Mo鋼螺栓，并在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)閥門(mén)大蓋螺栓進(jìn)行定期預(yù)緊。

另外，為盡量降低溫度變化對(duì)閥門(mén)的影響，在所有閥門(mén)及濾筒外部均增加了蒸汽伴熱，并改善了保溫效果，降低了過(guò)濾器在投用運(yùn)行時(shí)因溫度突然變化造成泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

從2015年3月完成反沖洗過(guò)濾器S-101改造至2017年初，球閥大蓋再?zèng)]有因墊片或螺栓熱膨脹問(wèn)題而出現(xiàn)泄漏，試驗(yàn)證明此次改造是成功的。

4.2 第二階段改造

對(duì)現(xiàn)有閥門(mén)的填料函結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行多次研究后，進(jìn)行了技術(shù)改造，見(jiàn)圖4。

圖4 改造后的閥門(mén)填料結(jié)構(gòu)

(1)在閥桿下部增設(shè)金屬墊圈(2Cr13材質(zhì)，硬化處理)，取消下部的填料環(huán)，穩(wěn)定閥桿根部避免磨損晃動(dòng)，靠閥蓋上部的填料實(shí)現(xiàn)密封(見(jiàn)圖5)。

圖5 閥桿底部取消填料環(huán)增設(shè)金屬墊圈

(2)為保證閥門(mén)填料密封性能，擴(kuò)大球閥上閥蓋填料函深度尺寸，增加原有的填料環(huán)數(shù)量(由原來(lái)的3件增加至7件)。

(3)取消原填料鎖緊螺母，重新制作填料壓套及填料壓板。在閥蓋填料函頂部進(jìn)行機(jī)加工鉆孔和內(nèi)孔攻絲，制作壓板螺栓及配套螺母，形成一套完整的填料壓緊結(jié)構(gòu)(如圖6所示)。

圖6 取消鎖緊螺母并增設(shè)填料壓緊結(jié)構(gòu)

(4)將原磨損的閥桿及閥蓋外表面進(jìn)行機(jī)加工處理，保證外表面光滑，避免閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)損傷填料。

(5)在保證剛度的前提下對(duì)原來(lái)球閥的氣缸支架適當(dāng)開(kāi)孔，方便對(duì)改造后的填料壓蓋螺栓進(jìn)行在線緊固(如圖7所示)。

圖7 氣缸支架增設(shè)在線緊固填料窗口

4.3 改造后效果

利用2018年渣油加氫單系列停工換劑的時(shí)間，分別將兩個(gè)系列的反沖洗過(guò)濾器程控球閥的填料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對(duì)性改造，目前使用效果良好，至今再未出現(xiàn)下線維修閥門(mén)的情況。

5 結(jié) 論

(1)根據(jù)原料油反沖洗過(guò)濾器S101程控球閥的泄漏現(xiàn)象及拆檢結(jié)果，對(duì)其大蓋墊片形式、螺栓材質(zhì)以及填料函結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行改造，閥門(mén)的泄漏問(wèn)題得到了根本解決。

(2)從球閥的這兩次改造過(guò)程來(lái)分析，認(rèn)為閥門(mén)頻繁泄漏的根本原因在于閥門(mén)的原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，是有缺陷的。

(3)無(wú)論是第一階段大蓋墊片形式和螺栓材質(zhì)的改造，還是第二階段填料函結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)，改造后的效果說(shuō)明泄漏原因分析正確，采取的措施有效。