焦化器应用和阀门，第2部分：选择阀门

原文地址：​https://www.flowcontrolnetwork.com/valves-actuators/article/15563382/coker-application-valves-part-2-selecting-valves

本系列的第1部分出现在Flow Control的8月号中。它讨论了焦化工艺对阀门执行器的要求，该工艺是炼油厂的一种操作，可将常压蒸馏塔或减压蒸馏塔中的塔底物料升级为高价值产品。最终产品是石油焦，一种煤状材料。第2部分探讨了焦化服务中球阀的可用设计方案，以及如何选择正确的方案。

为焦化应用选择阀门时，评估阀门制造商的安装历史，维护支持工程人员和自动化支持非常重要。要考虑的产品因素是阀门密封（例如，坚固的波纹管保持球与座之间的恒定接触，防止焦炭积聚在密封表面上），以及如何快速，轻松地完成全孔和阀内件的更换。是否有大范围的阀门尺寸和压力等级？是否有用于低温应用的特殊材料，例如A217Gr C5和C12以及A351Gr CF8M，CF8C和WCB / LCB？除了制造商在焦化气阀应用方面的经验外，设计和选择气阀时还应考虑以下其他因素：

• 所需功能
• 服务条件
• 流体类型和条件
• 流体特性
• 操作频率
• 隔离要求
• 保养要求
• 环境方面的考虑
• 在类似条件下的过往经验
• 流道识别和流道几何形状
• 重量和尺寸
• 成本

本文探讨了在焦化阀设计中使用的二通，三通和多通的耳轴安装球阀。

常见设计问题

防固体阀，即将磨料颗粒嵌入阀座材料中，将会磨损球表面。这些凹槽/划痕会导致泄漏路径，进一步损坏表面。解决方案是使用金属对金属的阀座，通常是用硼化镍或碳化钨制成的硬表面球，而不是阀座上经证实的耐磨表面（例如Stellite 6）。球的球形度至关重要。这意味着必须在实际产生球体的机器上研磨球。如果使用硼化镍，则必须先对球体进行研磨，然后进行涂覆。如果使用碳化钨，则步骤为预加工，涂层，粗加工/最终加工，然后进行研磨。

弹簧腔，弹簧凹槽，轴承，阀芯外径和阀杆密封区域的堵塞也是其他问题。解决方案是通过详细的固体排除设计解决每个潜在的领域。疏忽这样做会导致过早的故障。一旦轴承被堵塞-或阀芯周围的环形空间被堵塞或颗粒在运动部件或支撑轴承之间进入，就会发生许多问题。至少，阀门泄漏会增加或增加扭矩将使阀门难以操作-甚至可能无法操作。

防固体设计优势

防固体设计具有可自动加载的自动清洁阀座模块和精确匹配的球阀。即使负载很重的固体，安装在耳轴上的球阀在其自身轴线上的旋转也确保了其在打开和关闭位置之间自由移动的能力。结果，固体不必横向移动。此设计的其他优点包括：

• 球和杆轴保持在固定位置。
• 在恶劣的工作环境和恶劣环境下，金属阀座优于软质阀座。
• 阀芯组件已预加载，并持续对着球加压。
• 使用一件式波形弹簧代替多个小型螺旋弹簧。波形弹簧是与管道介质隔离以避免堵塞。
• 球球经过精密加工，研磨和硬涂层，形成精确，可控制的厚度。
• 阀座表面和球体精确匹配，以提供紧密的金属对金属密封。
• 配合表面受到保护，并与以下选项匹配：碳化钨对碳化钨的保护； Stellite 6对抗碳化钨； Stellite 6对抗硼化镍。
• 阀座和体腔空间通过多个屏障系统得到保护，免受微粒污染。座椅采用刮刀设计，可在滚珠行驶过程中清洁滚珠表面上的所有微粒。
• 每个阀座都带有密封剂注射剂，并带有带帽的巨型钮扣头配件。位置是3点和9点。密封剂被引入到阀芯后部的环形槽中。然后，通过孔的图案将其引入到密封件表面上与内部刮刀座ID相邻的凹槽中。
• 受保护的轴承和密封表面包括耳轴轴承；推力轴承；间隔轴承（以确保精确对准）；和阀杆密封区域（以防止颗粒侵入）。
• 所有轴承，包括套筒轴承，都具有防止颗粒进入的密封件。轴承用硼化镍硬表面处理。阀杆上使用了相同的涂层。使用硼化镍
• 因为它和碳化钨一样硬，但摩擦系数低，可以防止磨损。
• 用电动执行器执行操作将使用双包络蜗杆设计齿轮。高效的执行器选择将产生至少两倍于标准蜗轮的扭矩输出。在现有生产线进行更换的情况下，将现有的执行机构与高效的蜗轮设计配合使用是有益的。

阀杆连接设计的好处

焦化器应用也可以从阀杆联接设计中受益。此设计执行关键功能，例如防止阀杆过度扭矩，保护执行器组件以及防止意外切换到旁路。

在这种设计中，蒸汽可吹扫至波纹管和阀体区域，以确保阀腔不会积聚焦炭。带蒸汽块和超深填料箱的灯笼环可最大程度地减少通过填料室泄漏的风险。

坚固的一体式球阀和阀杆可提供最佳强度，非常适合因焦炭细屑引起结垢的应用。一件式设计可以防止通常与更传统的两件式球和杆相关的问题，该问题非常容易在球杆接头中形成固体并增加操作扭矩。

阀座设计可在每个循环过程中从球表面自行刮除积碳，这是该设计的另一个优势。座椅采用高速燃油加热方法，以确保长时间无故障的使用寿命。

坚固的波纹管提供独特的阀座装载设计，可保持浮动阀座与球保持恒定接触并确保可靠的密封。

电动，液压或气动执行器自动化支持包括较大的扭矩安全系数，可确保阀门在最严格的条件下循环。选择执行机构时，请特别注意焦化平台的环境。

阀门维护的关注点包括节能，过程稳定性，防冻，腐蚀检查，环境保护和简化的阀门维护。

这种设计的阀门是可拆卸和可重复使用的。它们的设计具有高达98％的热效率，出色的使用寿命，简化的阀门操作，无需工具的安装，快速的投资回报期，过程稳定性/可靠性，减少的环境排放以及改善了操作和维护的健康与安全性人员。

蝶阀/球阀

蝶形/球形阀（例如，环形阀）用于焦化器背压控制中。在一个案例研究中，最终用户仅在更短的循环时间需要更快的鼓回温时才需要使用此类阀门。最终用户无法通过加大对液体产量的努力来证明阀门上的高压降是合理的。用户需要节流特性良好的阀门。由于这些阀门安装在具有高侵蚀性和有时具有腐蚀性的再生水（用于将焦炭从鼓中钻出）的高压应用中，因此可以大大缩短阀门寿命。

本质安全和SIL等级的组件是这些类型阀门中要寻找的关键特征。此应用中需要的蝶阀/球阀可能没有阀座，因此实际上是节流阀。结果，不需要机械停止来避免完全关闭并避免鼓过压。另一个特点是，蒸汽吹扫到波纹管和阀体区域，确保阀腔内无积碳。在最大阻塞位置，阀门提供的压降等于以15度打开的蝶形阀盘。

选择执行机构时，请特别注意焦化平台的环境。电动，液压或气动执行器是根据焦化服务选择的。较大的扭矩安全系数可确保阀门在最严格的条件下循环。为了确保长期，无泄漏，可靠的运行，所有阀门浸湿的部件都应该是硬面的和双向的。

其他注意事项

寻找一个由本地控制面板控制的全自动开关阀，该阀具有带互锁的入口传输线阀，以避免泵的死角。这使阀门的自动化操作具有最小的风险。

寻找具有全反馈功能的调节背压控制阀。本地控制面板可以操作这些阀中的每一个。该面板提供安全联锁，这些联锁硬连线至执行器，具有动态稳定性控制系统或通过独立的可编程逻辑控制器（PLC）进行功能，以实现更全面的控制和联锁。

向阀门制造商寻找什么

选择供焦化服务使用的阀门制造商时，请寻找一些关键功能。了解工程人员是否在关键应用程序方面具有专业知识，以及谁可以使用高级软件应用程序，包括应力分析和有限元分析，计算流体力学，失效模式影响和诊断分析。这些程序可用于满足系统设计人员对可靠性数据，将阀集成到安全仪表功能，部分阀行程测试，3D实体建模，系统升级，流量分析，弱链接分析，根本原因故障分析的需求。 ，调试，故障排除，应用工程，自定义测试和测试数据分析（无损，X射线，超声波等）。这些程序还可以设计出满足最苛刻性能要求的高质量阀门。

询问制造商的研发设施。理想情况下，该公司除了与主要工程和最终用户建立良好的合作关系以开发创新解决方案外，还应具有蒸汽锅炉，过热器，流动回路，低温测试台和排放测试功能。制造商应处理这些复杂集成的每个细节，并提供完整的工厂验收测试，该测试将阀门，执行器，面板和PLC作为一个系统，以确保正常运行。

现场工程师应执行现场验收测试，并协助单元调试和启动。

制造商应为操作员和维护人员提供培训，以实施预防性维护计划，其中包括定期扭矩验证，蒸汽评估和一般阀门性能。这些已在用户工厂中实施的程序可以大大降低周转成本，并显着降低计划外周转的可能性。

与制造商合作，在准备重大周转期间提供协助，方法是对阀门，执行器和预期的备件要求进行评估。对于OEM备件和工具支持，制造商应推荐备件。对于新项目，它应该提供备件互换性报告。

最后，制造商应评估本地维修车间的能力，并在需要时与最终用户一起准备其他维修车间的能力。这些服务可确保提供所有正确的材料，并确保有经过认可的专业知识人员可以进行周转。必须对焦化应用中使用的所有阀门进行全方位的维护培训，包括最新和适当的维护技术。

Gobind Khiani是一位专业工程师，在石油行业拥有超过21年的经验。他曾在运营公司和工程，采购与建筑公司担任工程和项目管理职位的首席工程师。 Khiani拥有印度浦那大学的学士学位和阿尔伯塔省卡尔加里大学的工程学硕士学位。目前，他是福陆加拿大有限公司的项目设计总监。