浅议流态催化裂解工艺中三偏心蝶阀的设计与应用

发布时间:2011-06-20  点击数:2052

    在商用的流态催化裂解(FCC)工艺过程中,石油初级产品可转换成高商用价值的石化产品.如轻油、汽油和各类燃油等。FCC装置主要由反应皿和再生装置构成。原料的裂解在流态环境和具有催化剂参与的反应皿中进行。在反应器中生成的气态产物被输送到裂解器。催化剂的再生反应发生于再生器。在再生器中, 催化剂表面粘附的焦状物被燃烧掉, 由此生成的烟气被输送到分离器。在分离器中,催化剂被分离出来。

    从分离器出来的烟气压力为0.20~0.35MPa(30~50psig),温度为650~750℃(1200~1400F)。烟气中含有催化剂细微颗粒,其数量与分离器的设计有关。它的存在给烟气传输管线中的部件带来不可避免的侵蚀和磨损,其磨损速率同催化剂粉尘含量有关。

    对于FCC,在几乎所用的烟气传输管线中均装有热量回收装置,或是热交换器,或是一氧化碳燃烧锅炉。在一氧化碳燃烧锅炉中,一氧化碳被燃烧掉而形成对大气无害的二氧化碳。燃烧后的烟气压力通过降压容器降压,并通过压力控制阀。烟气排放到大气之前,还要经过静电沉淀器过湿式降尘装置,以使其满足所规定的废气排放标准。

    装备完善的烟气传输系统中配有动能回收装置。在此,烟气被引入烟机, 以使烟气中含有的动能获得回收。烟气离开烟机后便丧失其几乎所有的压力, 其温度降低150~200℃(270~360F),即从650~750℃降至500~600℃。为了更充分地利用烟气中的热能,通过烟机的烟气被输送到热交换器或一氧化碳锅炉,用来产生蒸汽。

一、三偏心蝶阀性能

    用于烟机控制的调节阀,其工艺状况极为苛刻。因为该阀门既要受高温和磨损/侵蚀作用。又要在任何时刻都能满足快速关断/开启的紧急操作要求。该阀门还必须使用寿命长,因为阀门的可靠性有利于FCC工艺生产及保护烟机安全。

    三偏心蝶阀采用了ADAMS (德国)专利产品,即金属硬密封系统和维护要求极低的密封圈,使其在任何复杂和苛刻的工况条件,以及频繁操作的场合均可保持较高使用寿命和密封性能,具有广泛的适用性。

二、三偏心蝶阀设计

    1、特殊结构

    三偏心蝶阀独特的阀轴蝶板设置和ADAMS专利--斜置锥形阀座密封系统,可避免蝶板的振颤,防止蝶板与阀座在关闭和开启过程中相互卡挤, 解决了(催化剂颗粒)对密封面的磨损和温度剧烈波动等问题。

    针对FCC工艺过程的苛刻工况,三偏心蝶阀通常采用ASTM BI6.3或相应等级的高镍合金材料制造。阀体部分可采用锻、焊或铸造等方式综合加工成型。蝶板则是采用ASTM B637或相应等级材料的镍一铬合金钢,结构上采用了通轴(贯通左一右阀之耳轴)设计,且阎轴和蝶板之间采用花键加定位健的连接方式,从而保证了零件的紧固连接和不可松动性。阀轴通过左右两个定位轴套定位,并在其轴向留有空隙,以平衡温度变化带来的热膨胀。ADAMS独特的轴向左右均衡式的蝶板中心定位方式对零部件的加工技术和精度要求较高。为了提高防催化剂的冲刷性能,蝶板、密封圈以及阎体有关部位均进行表面超硬镀层处理。在轴套以及与轴套相连的轴表面则加连续爆炸喷涂表面硬化涂层处理技术。为了防止催化剂微粒进入轴套,在轴径两端开有吹风孔,轴端亦可以通过特定的润滑剂注入孔进行定期润滑,润滑剂是一种W基膏状物,在注入轴套与轴之间的孔隙后,其载体受高温而蒸发并在其间留下均匀的润滑膜。轴向密封则采用石墨盘根块。阀门的设计采用保守的高安全系统准则,并根据各项标准和规范。阀体与管道的连接方式即可以是双法兰连接,也可以是焊接连接。

    2、密封结构

    三偏心斜置锥形基座密封系统的设计特点为①轴与阀体中心线偏心。②轴与蝶板平面相对偏心, 蝶板相对阎体斜置。③轴与圆锥形密封基座中心线相对偏心(图1)。该密封结构使蝶板360°圆周面上可保证各点的密封正压力,金属密封圈无须自身变形即可获得零泄露的密封效果。

    在蝶板360°圆周密封面上最低压力角大于由蝶板一基座材料所决定的摩擦角,因此杜绝了相互摩擦和卡死。因温度变化而出现热胀冷缩时, 蝶板一基座之间通过“渐进式”自补偿来保持始终不变的密封效果及操作灵活性。优化设计使阀门开、闭时蝶板一基座之间不产生平面的相对宏观摩擦运动,因此保证了高寿命,高操作灵活性和在频繁开、闭时的零泄露密封效果。

三、三偏心蝶阀的应用

    1、烟机入口蝶阀

    通常条件下,烟机入口控制阎的作用是调节和保证再生皿中的压力平衡。除此之处,该阀还应在1~2s内迅速关断(从任何开启位置计算), 这种动作一般发生在烟机失载的瞬间,以此来保护烟机的安全。

    烟机入口蝶阀通常为电一液控制执行装置或气动执行装置,其动作由FCC工艺装置控制系统发出的电信号控制。即烟机转速控制系统发出关闭信号,其接收信号和阀门动作则是阀门执行装置控制系统中通过改变电磁阀的状态完成。

    2、主旁路阀

    在正常工况条件下,主旁路阀处于关断状态,当烟机失载或入口烟机阀紧急关断时,主旁路阀应在1~2s内打开。2阀的配置应保证其同时的连锁动作,只有这样才能保证FCC工艺过程免受不良影响。

    主旁路阀一般采用电一液控制执行装置。对于烟机入口关断阀和主旁路阀来说,其液压控制站即可以是分离的,也可以两者共用,主旁路阀除调节流量功能外,还要求在收到烟机转速控制系统发出的信号后,通过电磁阀保证迅速打开。

    3、小旁路阀

    在FCC装置正常运转时, 小旁路阀处于关断状态。该阀通过调节方式(不经常开启)使过压泄入旁路从而达到防止烟机超速的目的。

    小旁路阀由电一液装置(标准)或气动装置控制。液压动能可以是分离的或由中心液压站提供。该阀的电一液控制执行装置通过主工艺控制系统接受的信号完成。当从主工艺控制系统接收到一个信号时,小旁路阀亦可从任何一个开启位置迅速关断。

四、结论

    多年使用证明,三偏心蝶阀可以代替闸阀球阀等类型的阀门,成为各类需要金属密封的高温、高压截止、限流、止回和调节阀的最佳选择。