催化裂化裝置煙氣輪機(jī)入口閥包括切斷閥和調(diào)節(jié)閥兩類，包括氣動(dòng)鑄造式和電液單面金屬硬密封焊接式高溫平板閘閥、臺(tái)階式和三偏心高溫蝶閥以及新研制應(yīng)用的偏心凸輪軸高溫切斷型蝶閥等型式。文章從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、密封性能、應(yīng)用狀況等方面進(jìn)行了分析比較，并對(duì)閥門的配置提出了建議。

　　煙氣輪機(jī)入口切斷閥和調(diào)節(jié)閥是催化裂化裝置能量回收系統(tǒng)的重要設(shè)備，是煙氣輪機(jī)能否安全長周期運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。在國內(nèi)各煉油廠催化裂化裝置現(xiàn)有多種配置方式與閥門型式。

1、高溫平板閘閥

　　煙氣輪機(jī)入口管線直徑小于或等于1200mm情況下，常用的高溫平板閘閥可以作為切斷閥。現(xiàn)有兩種結(jié)構(gòu)，都可國內(nèi)制造，一是氣動(dòng)鑄造高溫平板閘閥;二是電液驅(qū)動(dòng)焊接式高溫平板閘閥。

　　1.1、氣動(dòng)鑄造式高溫平板閘閥

　　氣動(dòng)鑄造式高溫平板閘閥的閥體結(jié)構(gòu)見圖1(a)，采用雙面軟密封結(jié)構(gòu)。如圖1(b)所示。閥體Ⅰ與閥體Ⅱ 均為奧氏體不銹鋼鑄件，閥體Ⅰ用法蘭與閥體Ⅱ連在一體，閥體內(nèi)無襯里，與管道采用法蘭連接。兩個(gè)柔性石墨密封圈各鑲嵌于閥體Ⅰ、閥體Ⅱ 的環(huán)形凹槽內(nèi)，中間夾一塊由耐高溫、耐沖蝕的材料精加工成帶導(dǎo)流孔的閥板，閥板下半部有一個(gè)與流通直徑相同的通孔。閥板沿閥體Ⅱ的導(dǎo)軌上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)。

圖1 氣動(dòng)鑄造式高溫平板閘閥閥體結(jié)構(gòu)示意

　　氣動(dòng)鑄造式高溫平板閘閥的雙面軟密封結(jié)構(gòu)，在使用過程中柔性石墨密封圈易被煙氣吹損，造成密封面間產(chǎn)生間隙，失去密封作用，因此在運(yùn)行過程中應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，在每次裝置停車檢修時(shí)更換密封圈。如長期不檢修，會(huì)造成閥板損壞、卡死，導(dǎo)致泄漏量增加，甚至?xí)�造成裝置事故停工。

　　氣動(dòng)高溫平板閘閥大部分存在“縮徑”問題，無論其公稱直徑多大，實(shí)現(xiàn)流通直徑最大為900mm，不能與煙氣輪機(jī)入口高溫調(diào)節(jié)蝶閥合理匹配，影響了煙氣輪機(jī)的回收功率。

　　氣動(dòng)高溫平板閘閥的上述缺點(diǎn)也促進(jìn)了對(duì)單面金屬硬密封電液高溫閘閥的研發(fā)。

　　1.2、電液高溫平板閘閥

　　電液高溫平板閘閥為電液單面金屬硬密封焊接式高溫平板閘閥的閥體結(jié)構(gòu)見圖2(a)，閥板和閥座圈采用單面金屬硬密封加蒸汽輔助密封結(jié)構(gòu)，如圖2(b)所示。閥體、閥蓋均為大型厚壁奧氏體不銹鋼板組焊結(jié)構(gòu)，閥體內(nèi)無襯里，其公稱直徑與流通直徑一致，與管道采用焊接方式連接，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的最大公稱直徑為1200mm。

圖2 電液單面金屬硬密封焊接式高溫平板閘閥閥體結(jié)構(gòu)示意

　　閥體和閥蓋采用方法蘭聯(lián)接，唇型密封。閥座圈用高溫合金螺栓固定在閥體上，兩條“L”形導(dǎo)軌用高溫合金螺栓固定在閥座圈上。閥板材料為奧氏體不銹鋼鑄件，球形頭蓋采用單面密封結(jié)構(gòu)，兩側(cè)耳板加工有與“L”形導(dǎo)軌相一致的斜度，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)有一定的楔緊作用，閥板和閥座圈的環(huán)形密封面上堆焊有高溫硬質(zhì)合金。此結(jié)構(gòu)雖有輕微泄漏，但大大提高了密封面耐沖蝕、耐磨損的性能，可以長周期運(yùn)行而不需要檢修，降低了檢修成本，與高溫平板閘閥相比，優(yōu)勢(shì)顯而易見。中石化荊門分公司一套催化裂化裝置DN900氣動(dòng)鑄造式高溫平板閘閥更換成電液焊接式高溫平板閘閥后，閥門的煙氣壓力損失下降了3kPa，煙氣輪機(jī)入口壓力有所提高，回收功率增加了150kW·h。

　　電液高溫閘閥也可選配電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2、高溫蝶閥

　　2.1、進(jìn)口金屬彈性密封三偏心蝶閥

　　該系列蝶閥屬于常規(guī)的三偏心設(shè)計(jì)，適合于雙向密封的工藝流程用高溫蝶閥，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 金屬彈性密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)示意

　　當(dāng)向閥桿施加扭矩時(shí)，密封圈與閥座之間的接觸角產(chǎn)生輕微的“楔塊效應(yīng)”，使密封圈發(fā)生柔動(dòng)和徑向壓縮產(chǎn)生彈性來實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密的切斷，完全靠扭轉(zhuǎn)密封來實(shí)現(xiàn)蝶閥持續(xù)的雙向密封特性。由于閥板上的彈性不銹鋼密封圈有壓緊螺栓和密封壓圈，長期使用存在一定安全隱患。

　　2.2、進(jìn)口高溫金屬硬密封三偏心蝶閥

　　高溫金屬硬密封三偏心蝶閥，針對(duì)煙氣輪機(jī)入口蝶閥700℃高溫和僅要求單向密封的特點(diǎn)，采用三偏心斜置錐形閥座結(jié)構(gòu)見圖4，與工藝流程用雙向密封蝶閥不同的是其閥板相對(duì)閥體斜置，使蝶閥在開閉時(shí)進(jìn)一步減少閥板與閥座之間相對(duì)摩擦的區(qū)域和幾率，無需靠金屬密封圈的彈性變形即可獲得滿意的密封效果。由于沒有彈性金屬密封圈、壓板和壓緊螺栓，完全靠閥板與閥座的金屬硬密封結(jié)構(gòu)密封，消除了壓緊螺栓可能脫落進(jìn)入煙氣輪機(jī)的安全隱患，使用更安全可靠。為了防沖刷，密封面堆焊硬質(zhì)合金。

圖4 高溫金屬硬密封三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)示意

　　2.3、臺(tái)階式高溫調(diào)節(jié)蝶閥

　　煙氣輪機(jī)入口調(diào)節(jié)蝶閥目前一般都采用臺(tái)階式高溫調(diào)節(jié)蝶閥結(jié)構(gòu)，大部分國產(chǎn)，直徑大于1600mm以上的也有少量進(jìn)口。進(jìn)口臺(tái)階型調(diào)節(jié)蝶閥的密封性能可達(dá)到Ⅱ級(jí)密封(泄漏量小于0.5%)，國產(chǎn)臺(tái)階型調(diào)節(jié)蝶閥的密封性能一般為1%。臺(tái)階型高溫蝶閥有閥軸二端伸出和一端伸出兩種結(jié)構(gòu)，國產(chǎn)臺(tái)階型高溫調(diào)節(jié)蝶閥大部分為閥軸一端伸出結(jié)構(gòu)。使用三偏心切斷型蝶閥作為煙氣輪機(jī)入口調(diào)節(jié)型蝶閥沒有太多實(shí)用意義，反而會(huì)增加投資和開工時(shí)蝶閥打不開的幾率，宜優(yōu)選閥軸一端伸出的臺(tái)階型高溫調(diào)節(jié)蝶閥。

　　2.4、偏心凸輪軸高溫切斷型蝶閥

　　偏心凸輪軸高溫切斷型蝶閥是根據(jù)煙氣輪機(jī)入口蝶閥實(shí)際應(yīng)用僅要求進(jìn)煙氣輪機(jī)方向的單向密封和達(dá)到ANSI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅳ密封(Ⅳ 泄漏量小于0.01%)的特定要求采用凸輪軸加二偏心結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生類似三偏心凸輪效應(yīng)，以保證良好的開閉性能和密封效果，其結(jié)構(gòu)見圖5。

　　偏心凸輪軸蝶閥的閥桿是一個(gè)三段凸輪軸式結(jié)構(gòu)，閥桿兩端軸段同心，中間段軸中心線與兩端軸線有一個(gè)偏心距，閥板安裝在中間軸段上。此種結(jié)構(gòu)使閥板在全開時(shí)成為雙偏心狀態(tài)，而達(dá)到關(guān)閉時(shí)成為單偏心狀態(tài)。由于凸輪軸的作用，在接近關(guān)閉時(shí)，閥板可向閥座的密封錐面內(nèi)移動(dòng)某一距離，使閥板與閥座的密封面相吻合，達(dá)到可靠的密封性能。當(dāng)使用一定周期時(shí)，閥座密封面磨損后，可以調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥板的關(guān)閉位置驅(qū)前若干角度，約向前移動(dòng)0.5mm，即可恢復(fù)到新的密封狀態(tài)，滿足長周期使用的要求。

圖5 偏心凸輪軸高溫切斷型蝶閥結(jié)構(gòu)示意

　　偏心凸輪軸高溫切斷型蝶閥的閥板與閥座間是正圓錐密封副，便于加工與研磨，無需專用的橢圓密封面數(shù)控磨床，適合于大型高溫蝶閥的加工制造。

　　實(shí)際上偏心凸輪軸蝶閥的密封機(jī)理不是單純的扭矩密封，而是扭矩密封加位移密封的綜合作用。在蝶閥轉(zhuǎn)動(dòng)到關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，閥板與閥座密封面之間存在少量間隙或閥板少量擠壓閥座，使兩個(gè)密封面之間建立起初始的密封比壓。在投用工況下，由于介質(zhì)壓力的作用，使兩密封面之間形成足夠的比壓，以保證良好的密封效果，故也可稱為“自壓密封”。

　　中石化荊門分公司與荊門煉化機(jī)械公司合作研制的DN1200偏心凸輪軸高溫切斷型蝶閥于2012年7月正式安裝在二套催化裂化裝置煙氣輪機(jī)入口，替代原有的臺(tái)階式高溫蝶閥。經(jīng)工廠測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)觀察，可達(dá)到ANSI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅲ級(jí)(泄漏量小于0.1%)上的密封等級(jí)，國產(chǎn)電液控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能良好，為今后研制更大直徑切斷型蝶閥提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

3、煙氣輪機(jī)入口閥門的配置與選型

　　煙氣輪機(jī)入口管線設(shè)置切斷閥和調(diào)節(jié)閥，前者功能是切斷煙氣，便于煙氣輪機(jī)中途能停機(jī)維修;后者起調(diào)節(jié)作用，控制再生器壓力。國內(nèi)煙氣輪機(jī)入口閥門的配置根據(jù)裝置規(guī)模大小及入口管徑有如下兩種種方式：一是煙氣輪機(jī)入口閥門直徑小于或等于1200mm，大多數(shù)配置為高溫閘閥與臺(tái)階式高溫調(diào)節(jié)蝶閥的組合，也有少數(shù)為高溫閘閥與三偏心高溫蝶閥的配置，前者為切斷閥，后者為調(diào)節(jié)閥;二是煙氣輪機(jī)入口閥門直徑大于1200mm的配置多數(shù)為三偏心高溫切斷蝶閥與臺(tái)階式高溫調(diào)節(jié)蝶閥的組合，也有用2臺(tái)三偏心高溫切斷閥的配置，后1個(gè)閥門起調(diào)節(jié)作用。

　　有關(guān)配置與選型建議如下：

　　1)煙氣輪機(jī)入口切斷閥的密封等級(jí)選擇。切斷閥的主要功能是停機(jī)時(shí)切斷煙氣，以便地在煙氣輪機(jī)入口管線上安全地安裝盲板，進(jìn)行煙氣輪機(jī)檢修。因此沒必要達(dá)到Ⅵ級(jí)密封(零泄漏)要求，UOP工藝包的數(shù)據(jù)表中僅要求達(dá)到Ⅳ密封(泄漏量小于0.01%)即可。實(shí)際上，出廠冷態(tài)試驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到Ⅲ～Ⅳ級(jí)密封即可完全滿足上述功能要求。過高的密封等級(jí)要求，勢(shì)必會(huì)增加高溫使用后閥門開、關(guān)的卡阻機(jī)率，且使用一段時(shí)間后閥門因催化劑沖刷，泄漏量會(huì)有所增加。

　　2)煙氣輪機(jī)入口切斷閥的結(jié)構(gòu)選型。當(dāng)煙道直徑小于或等于1200mm時(shí)，可選用上述高溫蝶閥，但因?yàn)殚l閥耐沖刷和阻力降都好于蝶閥，宜優(yōu)選高溫平板閘閥。 當(dāng)煙道直徑大于1200mm時(shí)，由于高溫閘閥結(jié)構(gòu)過于龐大和笨重，宜選用三偏心高溫蝶閥或者其它類似結(jié)構(gòu)的切斷型高溫蝶閥。

　　3)煙氣輪機(jī)入口調(diào)節(jié)蝶閥的結(jié)構(gòu)選型。調(diào)節(jié)蝶閥的主要功能是調(diào)節(jié)和控制再生器壓力并在緊急自保時(shí)能夠快速關(guān)閉、切斷煙氣輪機(jī)，使機(jī)組能夠較快地停運(yùn)，選用臺(tái)階式高溫蝶閥(泄漏量小于1%)即可。為了確保煙氣輪機(jī)能夠進(jìn)行中途維修，能達(dá)到Ⅱ 級(jí)密封(泄漏量小于0.5%)要求更好。

　　4)大口徑閥門的選型。煙道直徑大于1200mm 的高溫切斷蝶閥和煙道直大于1600 mm的高溫調(diào)節(jié)蝶閥，由于國內(nèi)尚無研制并已工業(yè)應(yīng)用的閥門，現(xiàn)在還需進(jìn)口。配套的國內(nèi)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能已完全不遜色于國外同類產(chǎn)品，某些進(jìn)口電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在使用時(shí)出現(xiàn)問題，均可由國內(nèi)制造廠處理并改進(jìn)，因此配套的蝶閥電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)完全可以國產(chǎn)，不必與閥門一起進(jìn)口，以節(jié)省費(fèi)用和便于維修。

　　5)調(diào)節(jié)閥電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能要求。入口調(diào)節(jié)閥電液執(zhí)行結(jié)構(gòu)是入口閥的重要組成部分，可靠性要求高，對(duì)于三機(jī)組形式其入口調(diào)節(jié)閥緊急關(guān)閉時(shí)間宜小于1s，對(duì)獨(dú)立發(fā)電的煙氣輪機(jī)關(guān)閉時(shí)間則應(yīng)更快，要達(dá)到0.6s。

4、結(jié)語

　　煙氣輪機(jī)入口閥是催化裂化煙氣能量回收系統(tǒng)的重要組成部分，可靠性要求高，既要求煙氣密封性能好又要調(diào)節(jié)性能良好，緊急動(dòng)作迅速。由于高溫應(yīng)力管道應(yīng)力及腐蝕和催化劑沖刷等不利影響因素，加上電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)油站的動(dòng)力油壓力較高，是發(fā)生故障較頻繁地方，所以既要注重入口閥門的合理選型，又要加強(qiáng)維護(hù)，特別是裝置停工檢修期間的檢查和大修。