双闸板式塔底盖机在延迟焦化的应用

一 26一 石油与化工设 备 2 0 1 0 年第1 3 卷 双闸板式塔底盖机在延迟焦化的应用 张韶伟 李锋 王少勇 中海炼化惠州炼油分 公司 广东 惠州 5 1 6 0 8 6 摘 要 中海油惠州 I 炼油延迟焦化装置焦炭塔采用德国z J 公司生产的双闸板 闸阀式 自动底盖机 本文详细介绍了底盖 机 的结构原 理及 其应 用情况 关键词 底盖机 双 闸板 闸阀 控制 系统 应 用 中海油惠州炼油延迟焦化装置加工规模为4 2 0 万吨 年 采用美国F o s t e r Wh e e l e r 以下简称F W 的工艺包 放水温度为1 8 0 为 目前国内最大处 理量 装置加 工规模 的不断扩大造成单体设备的 大 型化 对设备选型 操作及安全管理提 出了更 高要求 为满足工艺要求 降低 能耗 减轻操作 人 员的工作强度 提高除焦操作工作 的安全性和 环境友好性 惠炼技术人员经过反复考察论证 选定了Z J 公司的双 闸板式塔底盖机 该类型塔底 盖机在 国内属首次应用 2 0 0 8 年底安装 2 0 0 9 年4 月 1 8 日正式投产运行 至今运行平稳 比老式塔 底卸盖机具有明显优势 1 塔底盖机主要机构及参数 惠炼延迟焦化装置共有4 套塔底盖机 安装在 焦炭塔底 的出口法兰上 主要技术参数见表 1 该 阀基 于 大 型 双 闸板 阀 的 结构 原 理 塔 底 阀上 下 为双阀板结构 中间为楔形球结构 采用冗余 P L C 控制 液压驱动双闸板 弹簧加楔形球组件金 属硬密封结构 设置刮刀机构 采用抗 高温变形 能力强 的圆形 闸板 阀上下 阀板安装在双 圆形框 架上 通 过 阀上 下 导 向板 使 阀板 在 开 关 过程 中 能准确定位 导 向板与 阀板的紧密接触防止焦炭 颗粒进入 阀腔 塔底盖机靠专 门的5 组支 吊架系统 悬挂在钢梁上 该支 吊架系统的作用是在正常工 作 时定位和重力补偿及 阀门维修 时的悬挂定位 并使阀门在运行过程 中法兰受力最小 阀体两 侧 设置观 察孔 以及 撞击 口 方 便检 查 阀体 内部情况及在 阀板卡涩 时撞击用 阀体及 阀密封部位 设置密封蒸汽 以及 吹扫蒸汽接 口 设 置冷却水 冲洗接 口以及排凝接 口 阀体通过平面 法兰与焦炭塔底法兰连接 连接螺栓上配置双碟 簧 垫片采用波齿复合垫片 阀门的下保护筒与 焦炭塔平 台溜焦 口设置橡胶密封 保证 除焦过程 中焦炭及除焦水不至溅落在安装平台上 阀体 的主要材质为S A 1 8 2 Gr F1 2 及 S A 3 8 7 G r 1 2 C 1 2 相 当于国内的1 5 C r Mo 板材及锻件 与热油接触 的部位均采用氮化处理 提高其耐腐 蚀 抗磨损能力 上下阀板密封及刮刀部位 由 于在开关过程 中频繁的摩擦采用T 8 0 0 硬化表面处 理 提 高耐 磨损 能力 图l z J 塔底阀结构 卜阀体蒸汽吹扫接口 2 通道 3 阀体排凝口 4 导板 5 阀体和阀板金属硬密封 6 两个独立的阀板 7 楔形球结构 作者简介 张韶伟 1 9 7 5 一 男 甘肃人 工程师 现从事设备管理工作 第8 期 张韶伟等双闸板式塔底盖机在延迟焦化的应用 2 7一 表1 z J塔底盖机机械部分主要参数 项 目 数值 阀门类 型 双闸板闸 阀式 阀门总重 约 6 0 t 入 口设计压力 8 5 3 K P a 入 口设计温度 5 1 3 阀门全开关时 问 1 8 0 s 密封蒸汽接 口 D N 2 5 吹扫蒸汽结 口 D N 5 0 冲洗水接 口 D N 5 0 观 察 口 D N 5 0 0 撞击 口 O N 2 0 0 最大蒸汽压力 1 2 0 0 K p a 1 1 主要结构特点 1 1 1 金属浮动密封 密封结构如 图2 所示 由膨胀结构 碟簧 上 阀座 以及刮刀等组成 蒸汽通过膨胀机构进入 阀 座后 一路对 阀座吹扫 一路通过刮刀进入焦炭 塔 内部 此处蒸汽另一作用为形成背压 防止热油 通过密封面泄漏到 阀腔 内 每 台阀上 阀座带有多 组碟簧 在 阀门进料及生产阶段 保证 阀座与 阀 板的紧密贴合 此 阀座密封 的优 势为 在阀 门的开启过程 中 将残 留在上 阀板上的焦炭等硬质颗粒 通过刮刀 及阀座刮 除 且通入 1 2 Mp a 的过热 蒸汽对 阀座 刮刀与上 阀板表面进行吹扫 形成背压 防止渣 油泄漏并起到预清洁作用 5 图2 阀座密 封结构 卜氮化处理 2 刮刀 3 波纹件 4 浮动密封座 5 碟簧 组件 6 眼睛框架 7 密封蒸汽接口 1 1 2阀板 该 阀采 用 双 圆 型 阀板 结 构 有 别于 整块 阀 板 阀板通过有 限元设计 保证其在热油进入后 变形在合理 的范 围内 根据 资料显示 圆型 阀板 较方型 阀板有较好 的抗变形 能力 同样温度 的热 油接触 阀板后 方形 阀板变形 为圆 阀板 的8 倍 以 上 且 圆型板 的变形较为均匀 特别是密封处变 形小 保证足够 的密封力 密封蒸汽 的消耗量较 方型阀板小得多 1 1 3 楔 形球机构 楔形球 结构 的设计是Z J 双 闸板 闸阀的专利 技术 楔形球机构 由 1 5 0 的钢球 活动楔形 联 轴机构 以及 四组碟簧组成 在关 阀的过程 中 液 压缸施 加的压力通过楔形球机构钢球外 的两个楔 形 转化成上下 阀板的密封力 达到关 阀时密封 的要求 开 阀时随 阀杆的打开 作用于 阀板的密 封 力降到最低 仅剩余浮动密封提供的密封力 最大程度地降低开阀过程中的摩擦力 见图1 楔 形球 机 构 结构 简 单 可 维护 部 件少 正 常操作及 维护情 况下基 本上不用更换主要部件 而 且它 具有高的可靠 性及安全性 阀板密封力可 控 通过 相关的仪控 设备实现对开关阀及密封 力 的精确控制 与阀座浮 动密封 一起 形成较 大的密 封力 完全能阻止热油漏入阀腔 2塔底 阀的控制系统 液控系统由液压油缸 液压站 HP U 执行机 构控制盘 AC P 现场控制盘 L C P 和现场仪 表等五部分组成 主要参数见表2 其 中H P U由 冗余的P L C 机柜和液压控制部分现场仪表组成 同 时具备C P U 电源 通讯 I O冗余 的Al l e n B r a d l e y L o g i x 5 0 0 0 P L C 为控制系统的核心和关键 液压站动力单元 由两 台主动力泵 一台充压 泵和一 台循环泵 组成 均为轴 向活塞 泵 主动力 泵P 2 0 P 2 1 提 供高达 1 8 3 b a r 的动力油 为底盖机 的开阀及关 阀提供液压动力 循环油泵P 2 2 其出 口 管路上带有过滤器及冷 却器 提供液 压站油箱 内 的油冷却及 过滤 保证 液压油的清 洁及合适 的油 温 液压站 的充压泵P 2 3 保证系 统油压不低于 9 0 维持系统压力 设置双蓄能器 减少系统油 压 的波动 2 1阀门的开关模式 阀门的开关有三种模式 1 自动 阀 门在顺 控系 统 的控制 下 接 受到开 阀或关 阀信号后 由操作人员现场按动开 一 2 8 一 技术交流 石油 与 化 工 设 备 2 0 1 0 年第1 3 卷 表2仪控系统参 数 项 目 数值 备注 液压站 长x宽 高 5 3 0 9 2 3 8 1 2 5 4 2 全不锈钢 油缸外径 4 0 6 n 皿 油缸杆直径 1 7 8 m m 油缸行程 l 8 2 9 m m 油缸标准行程 1 7 5 0 n ln l 加热器 5 0 0 W 设计关 阀推力 1 3 6 3 6 3 k g 设计开阀推力 1 8 1 8 1 8 k g 最大推力 开阀 1 9 5 4 2 1 k g f 阀位 在8 8 最大推力 关阀 1 3 6 8 0 0 k g f 阀位在6 2 油箱容积 9 4 5 L 油箱正常加油量 7 0 0 L 液压油 I S 0 4 6 液 压油 系统压力 1 8 3 b a r 主泵 1 7 5 0 r p m 3 0 k W 充压泵 1 0 5 c m r e v l l 0 0 r p m 1 5 k W 循环泵 6 8 L m i n 1 1 0 0 r p m 1 5 k W P L C 柜吹扫风压 5 k g m m 2 风动马达 3 5 0 0 L m i n 7 k g m m S O L 4 2 4 V D C 二位 四通 阀 高速关 闭电磁 阀 S O L 4 A 2 4 V D C 二位 四通 阀 低速关 闭电磁 阀 S O L 5 2 4 1 D C 二位四通阀 高速开阀电磁阀 S O L 5 A 2 4 V D C 二位四通阀 低速开阀电磁阀 S O L 8 2 4 V D C 二位 四通 阀 上锁 电磁 阀 S O L 9 2 4 V D C 二位 四通阀 解锁 电磁 阀 H V l 手动二位电磁阀 旁路阀 H V 2 手动二位电磁阀 底盖机开关控制阀 H V 9 手动二位 电磁阀 锁销开关控制阀 阀或关 阀按钮 P L C 对液压控制模块 HC M 电 磁 阀f S OL 4 S O L 4 A S OL 5 S OL 5 A S OL 8 S OL 9 按设定程序上电 控制主油缸及锁销油缸 的 进油及 回油 从而达到控制阀门开关的目的 2 手动 待阀接到开 或关 阀的信号 操作人员 直接到HCM上的手动控制 二位 四通 阀 H V2 H V9 实现开 或关 阀的 目的 3 风动 该 阀除液压油缸提 供开关动 力 外 另设风动马达做为辅助开阀手段 操作人员 操作联 轴手柄 使油缸杆与 阀杆 的联轴器半 圆T 型螺母啮合上风 马达的传动螺杆 是否啮合到位靠 L MT 7 检测 通过操作手柄开 或关 阀 此方法 主要是底盖机检修时使用 2 2控制系统 2 2 1 控 制状态 以是否接受到开或关阀允许信号为条件 分 阀开 或关 以及闲置状态 两种状态 的控制模 式不 同 如对充压泵P 2 3 的控制 闲置状态 中 由 于低于系统压力 的7 0 时启动 检测到油压达到 9 0 停止运行五分钟 而在 阀开关状态时 充压泵 随开关阀同时启动 2 2 2 PLC P L C 采用冗余配置 保证控制系统长周期运 行 P L C A和P L CB 分别安装 于液压动力单元的两 侧 用于阀的逻辑控制 P L C 机柜采用正压通风 防止灰尘 以及 蒸汽进入 同时机柜面板上配置显 示 屏 指示泵 油箱加 热器 的控制 开关 盘 电 源 报警 泵状态等 2 2 3阀位控制 通过行程开关VP I 1 2 0 以及 限位开关L MT 3 0 第8 期 张韶伟等双闸板式塔底盖机在延迟焦化的应用 一 2 9 3 1 精确地测 量油缸活塞 的线性位移 并将 油缸 的线性位移转化成4 2 0 mA的信 号传 NP L C 在 阀行程末端 也即O 2 9 8 1 0 0 位置且检测 L MT 3 0 3 1 后 高速 电磁 阀失 电 低速 电磁 阀上 电 减少到达主油缸 的油流量 使 阀运行速度 降 低 减小其冲击力 2 2 4阀推力 阀 门在 开 关 过 程 中 的 推 力 可 反 映 在 开 关 时遇 到 的 阻 力 通 过 开 阀 油 路 及 关 阀 油 路 P T3 1 3 0 压变检测 出压 力值转化4 2 0 mA的 信号 计算 出阀门的推力 操作人员 即可监控 阀 门推力 的变化情况 从而做 出判断 另外 在 阀 位反馈系统确认 阀全关后 低速 电磁 阀S OL 4 A继 续上 电直至压力传感器 的指示为 1 5 8 k g c m 此时 P L C 将记录并保存阀位信息 做为下次阀门开启 的 参考数据 3应用情况 运行一年来 底盖机运行 高效稳 定 阀 门开 关过程中未出现严重的机 械故障 基本上达到 了 设计要求 阀 门操作简单 操作人员只需在现场 L C P 盘上按动开 阀及关阀按钮 即可实现底盖机的 开关 底 盖机现场 开关时间基本控制在1 8 0 s 内 为 1 8 小时 的生焦周期创造 了有利条件 底盖机 的 安装平台整洁干净 彻底 杜绝 了焦粉机 冷焦水的 溢出 对环境 的影 响降到 了最低 由于 阀板 的特 殊设计 在 阀门的运行周 期 内 蒸汽 消耗量低 于 设计值 见 下文分析 定期对 阀体 内部进行 了 检查 未发现 泄漏 痕迹 阀板密封面 处无明显刮 伤 说明该阀的上下阀板密封性能优 良 3 1 密封 蒸 汽 阀体使用的辅助密封蒸汽分别是4 个 阀体吹扫 蒸汽接 口 2 个上 阀板密封吹扫蒸汽接 口 2 个下 阀板密封吹扫蒸汽接 口 阀体 内蒸汽 的作用是预 热阀体 吹扫上下密封面 提供辅助密封压力 在最恶劣条件下和最大热量梯度下 每个 阀的蒸 汽消耗量小于每小时1 5 0 0 磅 约6 8 0 k g h 此值 为底盖机密封及 吹扫蒸汽流量 设计 吹扫蒸汽流 量为2 1 5 k g l 1 上 阀板密封蒸汽流量为2 0 0 k g 下 阀板密封蒸汽流量为0 3 k g h 在底 盖机运行过程中 两个蒸汽调节 阀采取 压差控制 即密封 或 吹扫蒸汽压力 比进料压 力大0 1 5 Mp a 其压差值低于0 0 6 Mp a 时报警 在 焦炭塔 除焦 时操作人员将两调节 阀控制置于手动 控制模式并关 闭调节 阀 在其余过程调节 阀按 自 动控制 L h 一 4 时 l j 1 4 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 t 4 0 0 0 0 0 2 08 0 0 t 4 0 0 0 Ma v 0 6 Ma v0 7 Ma y0 7 Ma v0 8 Mg v08 图3 底盖机阀板密封蒸汽流量 纵坐标k g h 了 玎 i I i 1 4 o o oo O2 0 o o 0 1 4 oo o o 0 2 oo o 0 1 4 o o 0 c M 0 6 Ma y07 Ma y07 Ma y0 8 Ma y0 8 图4 底盖机阀体吹扫蒸汽流量 纵坐 标k g h 按 图3 4 所示 截取焦炭塔从预热到冷焦结 束蒸汽流量 焦炭塔在7 曰5 0 0 开始吹扫预热 1 1 0 0 开始切 换 四通 阀直 N8日5 0 0 开始冷 焦 到 1 4 0 0 开始 除焦 从 图中看 出蒸汽流量趋势 在 预热 生焦 以及 吹汽等过程 开始后3 0 分钟 到1 小 时 后 升 至 此 过 程 的最 大 量 随 后 流 量 逐 渐 降 为 0 k g h 在焦炭塔 吹扫预热阶段 阀体吹扫蒸汽消 耗量上升较明显 达N3 1 0 k g h 由于吹扫时 阀体 处于冷态 吹扫蒸汽进入后冷却成冷凝水排 出阀 体 导致其用量增加 四通阀切换后约 1 小时 密 封蒸汽流量达到了最大值1 8 0 k g h 随后流量趋于 0 k g h 时间间隔在0 5 1 小时之内 这说明圆型阀 板在 热油进入 条件下 其密封面变形控制 得非常 好 冷焦过程 中密封蒸汽 以及吹扫蒸汽量 基本维 持在密封蒸汽2 0 0 k g h 以下 Z J 公司就阀门密封蒸汽方面说 明 当热油进 入阀体后 由于瞬时的温度 提高和热分布 不均匀 造 成的阀板和 阀体暂时变 形和扭 曲会 导致 此时的 蒸汽消耗量最 大 从上图看 出 该底盖机 在热 油 进入约1 小时后蒸汽用量达到其最大值 1 8 0 k g h 此 值 比设计值还 小 说明圆形 阀板在控制扭 曲变形 上有明显优势 3 2运行故障及处理 3 2 1阀板腐蚀 开工前 在检查过程 中发现4 台阀门上阀板 的 氮化层 出现不 同程度 的剥离 造成 阀板表面 出现 凹坑 由于 阀板密封面部分 并未接触 空气 并未 腐蚀 在外方坚 持要求更换 阀板 的前提下 我方 瑚 乏 伽 姗 瑚 m 阳 裟 伽 伽 瑚 一 3 0 一 技术交流 石 油 与 化 工 设 备 2 0 1 0 年第1 3 卷 认为 阀板 中间的凹坑带 的焦炭可 由刮刀刮 出 并 认定可 以正常开工 运行半年后 对腐蚀较严 重 的D1 0 1 及D1 0 2 塔阀板在半开的情况下检查 腐蚀 未扩展 阀腔 内部仅存少量的焦粉 未见有渣 油 泄漏 的痕迹 3 2 2 连接法兰泄漏 开 工后 焦 炭塔 与底 盖 机连 接 的法兰 在 冷焦过程 中存在少量泄漏 分析认为 主要是 由 于法兰部位 的温差应力变化引起 的 采取的措 施 有 定期对法兰面进行冷紧 增加法兰面蒸 汽吹扫 泄漏时吹扫降温 制作波纹管 如发 生油泄漏 可包盒子处理 3 2 3仪控故障 底盖机控制系统在试车 中和投产后均遇到 了 一 些 故障 解决 的主要 问题 如下 连续量开度指示仪表零点不稳定 指示不准 确等 通过整改接线 消除信号干扰改变 安装方 式 以及整定变送模块 参数得 以解决 通过调整安 装间隙及优化程序中响应 时间参数解决了底盖机 限位开关误动作 修改 电加热器现场设定及组态程序 消 除低 温引起的故障 查找DO 模块输出点故障并更换 P L C 机柜接地改造消除干扰 修改泵启动及故障报 警逻辑 将主泵P 2 0 P 2 1 的故障延 时由原来主泵 启动后 的5 0 0 0 ms 改为1 0 0 0 0 ms 将增压泵P 2 3 的故障报警 由原来启动5 0 0 0 ms 后 P T 2 3 的压力值低于3 5 0 p s i 时故障报警 改为 自 动启动增压泵启动2 0 0 0 0 ms 后P T 2 3 的压力值低于 2 0 0 p s i 时 P 2 3 故障报警 将开 关底盖机时由增 压泵先运行改为增压泵和首先启动的主泵 同时启 动等 3 2 4接 口优化 按照工艺控制要求 S I S S a f