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(jìn)步，裝置的長周期安全運(yùn)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(fèi)用、保證生產(chǎn)長周期安全運(yùn)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(qiáng)的特點(diǎn)，運(yùn)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(jì)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(fèi)用進(jìn)行的統(tǒng)計、分析表明，管道工程費(fèi)用約占總工程費(fèi)用的 10~30%，而閥門的費(fèi)用約占管道工程費(fèi)用的 30%，是管道器材費(fèi)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(yùn)行，而且對裝置建設(shè)的經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(dá)數(shù)萬個到數(shù)十萬個，總重可達(dá)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(yàn)、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(hù)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(dá)到使用目的打下了基礎(chǔ)。總而言之，不管是哪一方，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(jìn)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)。現(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(yàn)，找出我們在實(shí)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(jìn)一步地促進(jìn)我國閥門制造的整體水平，提高閥門行業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(yàn)上進(jìn)一步加強(qiáng)，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(yàn)方法。單純的冷態(tài)試驗(yàn)往往不能檢驗(yàn)出某些內(nèi)部缺陷。從實(shí)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(yàn)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(yàn)及驗(yàn)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(jìn)行冶煉、澆鑄、熱處理等，再按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(yùn)行，而且運(yùn)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(shí)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(yùn)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(diǎn)：
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(dá)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(jìn)入閥腔內(nèi)，使密封效果受到影響。
其實(shí)更實(shí)際，也是最根本的原因就是在制造、運(yùn)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(jìn)行檢驗(yàn)，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(qiáng)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(shí)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(xì)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(jìn)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(yùn)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(shí)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(shí)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(qiáng)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(jìn)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(yùn)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(dá) 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(dá) 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(dá)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)建議供參考。
（l）強(qiáng)化工序管理，提高設(shè)計、制造、檢驗(yàn)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(yàn)，加強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)，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(qiáng)化驗(yàn)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(qiáng)管理和檢驗(yàn)。
（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(yàn)及驗(yàn)收》的規(guī)定，結(jié)合石化企業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行閥門的設(shè)計、制造和檢驗(yàn)。根據(jù)這些特殊閥門的特點(diǎn)（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(qiáng)信息交流，加強(qiáng)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(jìn)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(jìn)行探討，提出改進(jìn)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(yàn)、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(xiàng)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(yàn)與試驗(yàn)》第 7.2 條規(guī)定“如果訂貨合同沒有規(guī)定由需方進(jìn)行再試驗(yàn)時，已試驗(yàn)過的閥門就不必進(jìn)行再試驗(yàn)?！币簿褪钦f，當(dāng)需方要求進(jìn)行再試驗(yàn)時，雙方應(yīng)在合同中明確規(guī)定試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)介質(zhì)等條件，而且應(yīng)與在制造廠進(jìn)行的試驗(yàn)要求相一致。
提高閥門質(zhì)量是一項(xiàng)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(jìn)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(xiàn)。