石油煉制用閥門使用特性的分析
石油煉制用閥門使用特性的分析
隨著石油煉制和石油化工工業(yè)的迅速發(fā)展和進步，裝置的長周期安全運行以及裝置大型化趨勢對閥門的使用提出了更為嚴(yán)格的要求，科學(xué)合理地解決好閥門問題就能夠降低裝置的建設(shè)費用、保證生產(chǎn)長周期安全運行。 眾所周知，石油化工生產(chǎn)裝置中的介質(zhì)大多具有毒性大、可燃、易爆和腐蝕性強的特點，運行工況又復(fù)雜苛刻，操作溫度、壓力高，開工周期長（目前石化企業(yè)多是兩年一檢修或三年兩檢修），閥門一旦出現(xiàn)故障，輕者導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，即污染環(huán)境又造成經(jīng)濟損失，重者導(dǎo)致裝置停工停產(chǎn)，甚至造成惡性事故，因此必須給予足夠的重視。 下而結(jié)合石油煉制裝置閥門的使用情況，從標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的角度談一下自己對標(biāo)準(zhǔn)與閥門質(zhì)量關(guān)系的看法。 1 閥門使用概況 石油煉制用閥門使用特性的分析對各類煉油裝置工程費用進行的統(tǒng)計、分析表明，管道工程費用約占總工程費用的 10~30%，而閥門的費用約占管道工程費用的 30%，是管道器材費用的主要組成部分，能否正確地選用和生產(chǎn)這些閥門，不僅關(guān)系到裝置的安全運行，而且對裝置建設(shè)的經(jīng)濟性有著比較大的影響。 石油化工裝置常用的閥門主要有閘閥、截止閥、、安全閥、蝶閥以及球閥等通用閥門，另有少量的特殊閥門或?qū)Ｓ瞄y門。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，閘閥用量最大，約占閥門用量總數(shù)的 80%，其次是截止閥約占 10%，其余為球閥、蝶閥、疏水閥、止回閥以及安全閥等。從材質(zhì)上來看，主要以碳鋼為主，約占閥門總量的 90% 左右，其余為合金鋼及不銹鋼。除了生產(chǎn)裝置外，儲運系統(tǒng)工程、給排水系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、自備電站等系統(tǒng)也大量選用通用閥門，由于煉油廠工藝和規(guī)模的不同，一個煉油廠的閥門總數(shù)達數(shù)萬個到數(shù)十萬個，總重可達幾千噸。下表是幾個煉油典型裝置閥門使用情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。顯而易見，從使用數(shù)量上來講，碳鋼閥門占主導(dǎo)地位，按表中順序分別占閥門總量的 89.7%、96.2%、89.3%、90%、94.5%、95.3%，按重量則分別占總重量的 80.4%、88.4%、95.3%、96.8%、73.1%、90.8%。這里需要說明的是，由于產(chǎn)品方案和工藝過程存在著一些差異，這些數(shù)據(jù)會有所變化，但大致比例關(guān)系不會有大的區(qū)別。 煉油典型裝置閥門用量情況| 裝置名稱 | 碳鋼閥 | 合金鋼、不銹鋼閥 | ||
|---|---|---|---|---|
| 個 | 噸 | 個 | 噸 | |
| 300 萬噸/年 常減壓蒸餾裝置 | 1476 | 77.8 | 170 | 19 |
| 250 萬噸/年 常減壓蒸餾裝置 | 2292 | 117.8 | 91 | 15.4 |
| 200 萬噸/年 重油催化裂化裝置 | 4612 | 290.4 | 552 | 14.2 |
| 140 萬噸/年 重油催化裂化裝置 | 3860 | 282 | 428 | 9.3 |
| 100 萬噸/年 減粘裂化裝置 | 1798 | 34 | 104 | 12.5 |
| 100 萬噸/年 延遲焦化裝置 | 2390 | 92.1 | 117 | 9.3 |
2 閥門質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)
閥門標(biāo)準(zhǔn)即規(guī)范了閥門設(shè)計、制造、檢驗、使用等環(huán)節(jié)的要求，統(tǒng)一了尺度，同時也使制造、使用雙方有了共同的語言，能夠從技術(shù)法規(guī)的角度保護各自的利益，使評判有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我認(rèn)為，制造商只要按閥門標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定以及合同的特殊要求設(shè)計、制造、銷售閥門，就能夠在提供滿足用戶需求產(chǎn)品的同時，保障自身的利益不受損害；對用戶而言，如果能夠了解、吃透閥門標(biāo)準(zhǔn)的具體規(guī)定，特殊要求的內(nèi)容應(yīng)在合同中提出，不但從法規(guī)的角度約束了閥門制造商，更重要的是為自己日后安全地使用閥門、達到使用目的打下了基礎(chǔ)?？偠灾还苁悄囊环?，只要嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，即可滿足自身的需求，同時也為彼此的合作奠定了統(tǒng)一的基礎(chǔ)。
80 年代末 90 年代初，人們一說到 API 閥門，就聯(lián)想到進口閥門，國內(nèi)的閥門制造商都把生產(chǎn)制造API閥門作為奮斗的目標(biāo)?，F(xiàn)在有許多生產(chǎn)廠取得了 API 認(rèn)證，不但為石化行業(yè)解決了很多難題，節(jié)約了大量的外匯，也能向歐美、亞洲出口為數(shù)不少的閥門，但仍存在不少問題。
及時總結(jié)閥門設(shè)計、制造、使用過程中的經(jīng)驗，找出我們在實際工作中遇到的一些問題，提出解決這些問題的思路和方法，對進一步地促進我國閥門制造的整體水平，提高閥門行業(yè)的經(jīng)濟效益，十分必要。
據(jù)調(diào)查，目前我國閥門的質(zhì)量問題主要存在于以下幾個方而：
（1）閥體鑄造缺陷
閥體特別是鉻鉬鋼閥體在鑄造過程中常有微裂紋、砂眼、傷痕、毛刺等缺陷，外觀也比較粗糙。眾所周知，如果鑄件木身質(zhì)量有不允許存在的缺陷，其它零部件質(zhì)量再好，加工的精度再高，閥門也是不合格產(chǎn)品。
建議除了在鑄造工藝上采取措施盡量減少缺陷外，還應(yīng)從檢驗上進一步加強，根據(jù)合同規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)要求以及使用情況，采用適當(dāng)?shù)臒o損檢驗方法。單純的冷態(tài)試驗往往不能檢驗出某些內(nèi)部缺陷。從實際發(fā)生的問題上看，操作溫度高于 200℃ 時，閥體鑄造缺陷才能夠暴露出來。
關(guān)于閥門鑄件的檢驗要求，在閥門標(biāo)準(zhǔn)中有明確的規(guī)定，如 SH3064-94《石油化工鋼制通用閥門選用、檢驗及驗收》就對用于 A 級管道閥門的閥體、閥蓋鑄鋼件的材質(zhì)檢查和 A 級管道閥門的焊縫無損探傷、鑄件射線底片、焊縫射線底片的合格等級做了規(guī)定。
如果鑄造工藝能夠嚴(yán)格按工藝規(guī)程進行冶煉、澆鑄、熱處理等，再按標(biāo)準(zhǔn)進行檢測，就能夠做出符合質(zhì)量需求的閥門鑄件。
（2）閥門的密封性
閥門的密封性是衡量閥門功能和質(zhì)量的重要指標(biāo)。閥門內(nèi)漏問題嚴(yán)重威脅著裝置的正常運行，而且運行中的閥門又很難發(fā)現(xiàn)是否有內(nèi)漏，調(diào)查結(jié)果顯示各石化企業(yè)使用的各種閥門不同程度的存在著內(nèi)漏問題。其原因有閥板、閥座的密封面材質(zhì)不符合使用要求，加工精度不夠，閘閥的閥板、閥座的楔角不匹配、密封面寬窄不一，吻合度差，閘板不到位，關(guān)不死等因素。
如對于 Z41Y-25 來說，密封面材料代號 Y 應(yīng)該是指密封副中硬度相對較軟的密封面材料，所對應(yīng)的另一密封面材料顯然也至少應(yīng)為硬質(zhì)合金，而實際上有的閥門只在其中一個密封面上堆焊硬質(zhì)合金，而另一個密封面卻是碳鋼的本體材料，投入使用后時間不長就因磨損出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。
又如某管道系統(tǒng)選用了對夾式蝶閥，閥座密封材料采用聚四氟乙烯。從使用工況來看，要求并不高，都是常溫常壓，但在試運行過程中發(fā)現(xiàn)為數(shù)不少的閥門關(guān)不嚴(yán)，內(nèi)漏嚴(yán)重，以至于無法正常使用，最后不得不更換成閘閥。拆下來檢查發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉狀態(tài)下的閥板與閥座有很大的間隙，甚至透光。
分析其原因可能有以下幾點：
① 閥門密封副的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或制造及裝配精度達不到要求；② 閥門安裝未按要求施工而使其承受過大的力；③ 施工過程中有焊渣、沙子、金屬屑等雜質(zhì)進入閥腔內(nèi)，使密封效果受到影響。
其實更實際，也是最根本的原因就是在制造、運輸或安裝的某一過程中未按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求去做。
（3）填料、墊片及中法蘭螺栓的選材沒有充分考慮使用條件以及匹配問題，盤根填料裝配不符合要求。
某廠大型裝置所用閥門分別從十幾個閥門制造廠采購，經(jīng)對操作溫度較高的近 2000 臺閥門進行檢驗，發(fā)現(xiàn)有 300 多臺閥門不同程度地存在質(zhì)量問題，不合格數(shù)占被檢查總數(shù)的 18% 左右。
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中法蘭螺栓材料不符合要求，與使用條件以及墊片形式不吻合，應(yīng)該使用合金鋼的地方使用了碳鋼；中法蘭墊片在使用纏繞式墊片時，應(yīng)選用高強螺栓以滿足其預(yù)緊力的要求，相應(yīng)法蘭的剛度也應(yīng)符合要求，而實際上有不少閥門的中法蘭螺栓未按此要求選用。
從調(diào)查情況來看，閥桿密封材料的使用基木上是一致的，大部分都采用柔性石墨環(huán)與石棉盤根組合裝配或柔性石墨環(huán)與柔性石墨編制盤根組合裝配，效果較好。填料選擇合理后，填料的正確安裝也是保證密封的重要因素，比如安裝填料的先后次序，填料壓蓋不能過緊。怎樣做到既能夠裝配快捷，又可以保證裝配質(zhì)量，值得制造廠研究。
關(guān)于閥門用墊片、填料的技術(shù)要求、質(zhì)量要求在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中同樣有非常明確的規(guī)定，比如還是 SH3064 就對纏繞式墊片、柔性石墨復(fù)合墊、聚四氟乙烯包覆墊以及柔性石墨填料環(huán)、柔性石墨編織填料的技術(shù)性能指標(biāo)做了詳細的規(guī)定。
（4）中法蘭密封面加工不符合要求，深淺不一，墊片裝入后就已經(jīng)沒有間隙了，無法進行預(yù)緊而保證中法蘭的密封性。另外閥體內(nèi)腔沒有按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定清洗，時常發(fā)現(xiàn)有鐵屑、砂子等雜物，在運輸保管及使用過程中極易磨損密封面。
試壓時間沒有嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時間執(zhí)行。
還有些閥門的銘牌（標(biāo)識）與閥門本身的實際型號不符，如銘牌上標(biāo)稱型號是 Z41H-25，也就是說應(yīng)該是剛性單閘板閘閥門，而實際上卻是剛性雙閘板結(jié)構(gòu)，變成了 Z42H-25。這些都會給閥門的使用造成不良影響，給用戶帶來一定的危害。
3 閥門使用需求
近年來，石油化工深加工技術(shù)發(fā)展很快，原油的來源也日益廣泛，操作條件向著高溫、高壓、腐蝕性強的方向發(fā)展，對耐高溫、耐磨、抗氫腐蝕、耐氫氟酸腐蝕和抗硫閥門的需求量將進一步增加。
加工高酸值原油的常減壓裝置的環(huán)烷酸腐蝕問題直接威脅裝置的安全運行。檢測數(shù)據(jù)表明，環(huán)烷酸在一定溫度下對碳鋼的腐蝕率高達 14mm/年。常壓爐出口（350~355℃）和減壓爐出口（405℃）的高溫部位腐蝕現(xiàn)象最為嚴(yán)重。為解決這個問題，有的常壓爐出口管道上使用的 Cr5Mo 閥門因腐蝕嚴(yán)重而改為超低碳不銹鋼閥門。
催化裂化裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)催化劑管線操作溫度達 650℃ 以上，為滿足操作要求，有關(guān)閥門廠合作研制開發(fā)了耐高溫的閘閥，絕大多數(shù)使用效果良好，但也有一些沒有達到設(shè)計要求。
蝶閥由于結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕、壓力降小、具有較好的流量控制特性而越來越受到用戶的歡迎，特別是對于大口徑管道上的閘閥重量太大，將會被蝶閥所取代。
催化裂化裝置主風(fēng)機出口管線上的閥門過去選用普通閘閥，由于體積大，重量大，結(jié)構(gòu)尺寸長，給設(shè)計施工和操作帶來了不少困難，近年來選用蝶閥代替閘閥取得了很好的效果。目前所選用的蝶閥使用溫度大于 200℃，公稱直徑在 DN450~1000 刃之間，由于對其制造精度和質(zhì)量的要求比較高，還有許多有待改進之處。
該管線上的止回閥要求啟閉件行程短、沖擊力小，而關(guān)閉力適當(dāng)?shù)拇?，由于該管線直徑比較大，對沖擊力的要求更嚴(yán)格，這就要求使用帶緩沖裝置的止回閥，減小沖擊力，同時還要求結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕，便于設(shè)計、施工、檢修、操作。
近年來，國內(nèi)中東原油的加工量逐漸增多，對抗硫閥的需求量增大，特別是高溫高壓下的抗硫閥（1500 磅，2500 磅）目前國內(nèi)尚不能真正滿足要求，需花大量的外匯進口，即使這樣也不能完全解決正常維修時需要的閥門。
4 幾點想法和建議
石化企業(yè)是閥門的主要用戶之一，使用量約占閥門總產(chǎn)量的 40~50%，而閥門的質(zhì)量在一定程度上制約著其廣泛的應(yīng)用，有些從國外進口的閥門并非國內(nèi)沒有此類產(chǎn)品，主要是在產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品供貨能力、售前及售后服務(wù)等方而還有一定差距。為使通用閥門滿足石化行業(yè)所需，下而針對閥門的制造和使用提出幾點建議供參考。
（l）強化工序管理，提高設(shè)計、制造、檢驗和裝配水平，保證標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、制造工藝能得到嚴(yán)格執(zhí)行。
總結(jié)好的經(jīng)驗，加強設(shè)計力量，在閥門的設(shè)計上下功夫，使閥門結(jié)構(gòu)更趨于合理；強調(diào)質(zhì)量管理，完善加工和裝配工藝，從整體上提高閥門技術(shù)水平和質(zhì)量水平，只有這樣才能使閥門真正滿足石化行業(yè)的需求。
要解決閥門使用中遇到的實際問題。比如，要求安全閥在緊急狀態(tài)時能夠迅速起跳并可及時復(fù)位，而目前有些安全閥起跳滯后，不能及時復(fù)位，而且還要人工對其進行調(diào)整，讓其復(fù)位，這樣大大增加了安全隱患。希望有關(guān)閥門廠致力于解決這個問題，把國產(chǎn)安全閥的技術(shù)水平提上去，減少進口數(shù)量。
（2）根據(jù)用戶的使用要求（如介質(zhì)狀況、溫度及壓力條件等），按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合理的選擇閥體、閥桿、密封副、填料、墊片、支架、中法蘭螺栓等材料，并據(jù)此制定有效的工藝管理體系，在關(guān)鍵工序中建立質(zhì)量控制點，把工藝管理、制造水準(zhǔn)提高到能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品的水平上。
（3）強化驗收入庫管理，做到不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的零部件不入庫，不流入下一道工序，對外購件和外協(xié)件（如鑄件、填料、墊片、螺栓等）加強管理和檢驗。
（4）在合同沒有規(guī)定特殊要求的情況下，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行。如按照石化行業(yè)常用的 API600、API602、API6D、SH3064-94《石油化工鋼制通用閥門選用、檢驗及驗收》的規(guī)定，結(jié)合石化企業(yè)特點進行閥門的設(shè)計、制造和檢驗。根據(jù)這些特殊閥門的特點（如催化裝置臨界流速噴嘴出口管道上的耐磨閥、加氫裂化裝置反應(yīng)產(chǎn)物管道上的閥門以及 SHA 級管道用閥門等），閥門廠制定相應(yīng)的生產(chǎn)工藝、質(zhì)量管理體系，從制造及管理上就區(qū)別于一般通用閥門。
（5）廣泛加強信息交流，加強供需雙方的相互了解，使產(chǎn)品生產(chǎn)對路。建議閥門廠與石化行業(yè)的設(shè)計、施工及建設(shè)單位共同進行技術(shù)合作，就目前閥門的生產(chǎn)技術(shù)、管理、標(biāo)準(zhǔn)等共同性的問題進行探討，提出改進的措施，從而提高閥門的產(chǎn)品質(zhì)量：
（6）閥門廠與用戶應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一檢驗、試壓標(biāo)準(zhǔn)。目前不少閥門試壓爭執(zhí)問題往往發(fā)生在閥門廠和用戶的試壓條件（如設(shè)備、試壓介質(zhì)、保壓時間）、試壓項目（如氣密、上密封）不完全相同，因而各說其理，無法用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)衡量。JB/T9092 《閥門的檢驗與試驗》第 7.2 條規(guī)定“如果訂貨合同沒有規(guī)定由需方進行再試驗時，已試驗過的閥門就不必進行再試驗?！币簿褪钦f，當(dāng)需方要求進行再試驗時，雙方應(yīng)在合同中明確規(guī)定試驗標(biāo)準(zhǔn)、試驗方法、試驗介質(zhì)等條件，而且應(yīng)與在制造廠進行的試驗要求相一致。
提高閥門質(zhì)量是一項系統(tǒng)工程，需要有關(guān)的設(shè)計、制造和用戶單位通力合作，改進已有產(chǎn)品，開發(fā)研制新產(chǎn)品，為我國石化工業(yè)的發(fā)展做出貢獻。