油漿泵預熱閥門(mén)磨損原因分析及預防
介紹了催化裂化裝置油漿泵預熱閥門(mén)發(fā)生磨損內漏的現象。分析了形成磨損的流體介質(zhì)、閥門(mén)材質(zhì)和操作方面原因。提出了控制油氣攜帶催化劑的攜帶量，降低循環(huán)油漿中催化劑的含量及其對閥門(mén)金屬表面的磨損，采取在閥體通道內壁及閘板兩側容易沖刷磨損的部位先固定一層龜甲網(wǎng)后再在其間襯上剛玉襯層( Al2O3 ) ，多方面提高預熱閥門(mén)抗磨損能力和預防磨損的措施。
1、概述
在催化裂化裝置中油漿循環(huán)的作用主要是洗滌反應油氣攜帶的固體顆粒，并在盡量高的溫度下取出分餾塔的一部分余熱，保證一定的油漿冷凝量。在生產(chǎn)中，應保持系統運行有較大的油漿循環(huán)量，以降低油漿在分餾塔停留時(shí)間，防止油漿系統結焦。油漿泵為裝置提供油漿循環(huán)動(dòng)力，油漿泵通常為一開(kāi)二備共3 臺泵。備用的2 臺泵通過(guò)油漿預熱閥門(mén)預熱泵體，確保運行泵在出現故障的情況下，備用泵能夠及時(shí)切換。催化裝置具有高溫、易燃易爆和催化劑易產(chǎn)生磨損的特點(diǎn)，裝置的循環(huán)油漿控制閥門(mén)因介質(zhì)含有的催化劑量少，往往使閥門(mén)發(fā)生磨損內漏或閥體穿孔而出現油漿外泄等事故。
2、結構參數
在3 臺油漿泵中，運行泵的預熱閥門(mén)處于全部關(guān)閉狀態(tài)，備用泵的預熱閥門(mén)開(kāi)度處于控制狀態(tài)。預熱閥門(mén)開(kāi)度過(guò)大會(huì )引起運行泵抽空，功耗增加，開(kāi)度過(guò)小會(huì )造成備用泵不能充分預熱，達不到備用的目的�，F用預熱閥門(mén)的型號和操作參數見(jiàn)表1，典型的油漿性質(zhì)見(jiàn)表2。
3、工況條件
3.1、 使用情況
在裝置生產(chǎn)中，油漿泵預熱閥門(mén)閘板磨損產(chǎn)生內漏的使用情況見(jiàn)表3。2001 年前使用的控制閥門(mén)為Z41H -25，閥體材質(zhì)為20 # 碳鋼，閘板材質(zhì)為Cr13 系不銹鋼。在裝置周期性停工檢修時(shí)，拆檢閥門(mén)發(fā)現閘板磨損嚴重，隨即更換同等型號閥門(mén)后投入使用。2003 年閥門(mén)閘板材質(zhì)改為硬質(zhì)合金，2006年又將閥體材質(zhì)升級為鉻鉬系鋼，2009 年由單閥控制改為雙閥控制，2012 年由雙閥控制增至3 臺閥控制，其流程見(jiàn)圖1。2013 年，備用油漿泵P - 208 /2預熱3 閥中的中間控制閥門(mén)閥體磨損開(kāi)孔，高溫油漿向外飛濺，處理過(guò)程中發(fā)現3 臺閥門(mén)中的上閥和下閥也存在嚴重的磨損內漏現象，使得油漿泵泵體和中間預熱閥門(mén)不能切除泄壓和降溫，無(wú)法近距離操作。由于泵體閥門(mén)和預熱閥門(mén)均發(fā)生大量的內漏而不能切除也未能完成更換。
表1 閥門(mén)型號和操作參數
表2 典型的油漿性質(zhì)
表3 預熱閥門(mén)的使用情況統計
圖1 油漿泵預熱流程
3.2、受損狀態(tài)
拆檢后，閥門(mén)的磨損情況見(jiàn)圖2 和圖3。
(1) 閘板整體呈現蜂窩狀，高壓側外表面泛明亮的金屬光澤，但不光滑。
(a) 蜂窩狀閘板(b) 高壓側外表面
圖2 磨損的閘板
圖3 磨損的閥體
(2) 中心磨損開(kāi)孔約10mm。
(3) 側面磨損有明顯的不規則凹槽，深度約為5mm。
(4) 靠近閥道的高壓側頭部磨損為禿頭，低壓側磨損為凹槽狀，損失約8mm。
(5) 閥體流道擴大，閥座內側磨損有兩道溝槽，向磨損開(kāi)孔處延伸，深度最大為5mm，開(kāi)孔處孔徑約為2mm。
4、原因分析
預熱閥門(mén)的磨損主要是磨料磨損類(lèi)型。硬催化劑和機械雜質(zhì)在閥內表面摩擦過(guò)程中，影響零件表面磨損的主要因素包括接觸的沖擊載荷、磨料的硬度和顆粒大小、相對運動(dòng)的情況、環(huán)境介質(zhì)以及材料的組織和性能等。
4.1、介質(zhì)
從油漿的性質(zhì)知道，油漿中含有0. 13% 的殘炭和0. 39%的機械雜質(zhì)，即生焦和催化劑在循環(huán)過(guò)程中對設備磨損產(chǎn)生的金屬顆粒部分。裝置使用的新型沸石催化劑是一種硬催化劑，澤西法磨損指數≤2. 5%，表觀(guān)堆積密度( ABD) 在0. 7 ～ 1. 0 之間，抗磨損強度較高，在裝置內循環(huán)時(shí)磨損率低，但是硬催化劑更快地磨損了設備。
油漿在流經(jīng)預熱閥門(mén)時(shí)，催化劑和機械雜質(zhì)由于密度較大，一方面沖刷磨損閥座和閘板的棱角部分，另一方面催化劑逐漸沉積在閥座內。在閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，堆積的催化劑和機械雜質(zhì)夾在閥座和閘板之間使其不能形成完全密封，摩擦副間間隙越來(lái)越大。高硬度的催化劑和機械雜質(zhì)在高流速下長(cháng)期沖刷撞擊閘板，加劇閥門(mén)密封面的磨損。
4.2、操作
(1) 因為預熱閥門(mén)控制油漿的流量，在備用泵備用期間處于半開(kāi)狀態(tài)( 約20%) ，所以部分閘板處于長(cháng)時(shí)間的油漿沖刷磨損中，尤其是閘板和閥座的棱角部分暴露在流體介質(zhì)中，造成閘板前半部分、閥座和流道磨損嚴重。
(2) 閥門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉操作相對頻繁，造成在閥門(mén)操作過(guò)程中催化劑等機械雜質(zhì)對閥門(mén)變速沖刷磨損加劇。
(3) 預熱閥門(mén)正確的操作是上下2 臺閥門(mén)保持全開(kāi)狀態(tài)，而用中間閥門(mén)控制流量，在中間閥門(mén)磨損嚴重的故障狀況下，可以將其有效切除隔離，進(jìn)行更換。實(shí)際操作中，由于失誤將3 臺閥門(mén)全部置于控制開(kāi)度的半開(kāi)狀態(tài)，造成3 臺閥門(mén)全部出現不同程度的磨損。
4.3、材質(zhì)
盡管預熱閥門(mén)閥體材質(zhì)從碳鋼升級到了鉻鉬系鋼，閘板材質(zhì)從Cr13 升級到了硬質(zhì)合金，但是從實(shí)際應用的效果分析，并不能滿(mǎn)足預熱閥門(mén)高溫耐磨損的要求。硬質(zhì)合金雖然是一種具有高強度、高硬度、耐磨、耐蝕、耐高溫和熱膨脹系數很小的材料，但隨著(zhù)煉油工業(yè)發(fā)展，還是需要進(jìn)一步提高其耐磨損性能。鉻鉬系合金鋼在煉油和化工設備中使用，主要是提高抗氫、抗氮、抗硫、抗氧化及抗腐蝕作用，同時(shí)是一種耐熱鋼，使用溫度可以達到500℃，但是抗磨損的性能有限。
5、控制措施
根據預熱閥門(mén)產(chǎn)生磨損的原因，從工藝介質(zhì)、操作控制，閥門(mén)的材料選擇和結構改進(jìn)方面提出預防控制措施。
5.1、降低油漿介質(zhì)中催化劑和機械雜質(zhì)含量
滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝條件的情況下，在高溫油氣進(jìn)入分餾塔之前盡可能多的將催化劑分離回收，減少油氣攜帶沸石催化劑的攜帶量，從而降低循環(huán)油漿中催化劑的含量。同樣，催化劑含量的降低，也會(huì )降低催化劑對金屬材質(zhì)設備磨損產(chǎn)生的金屬顆粒機械雜質(zhì)含量。使得油漿中機械雜質(zhì)含量小于0. 39%，甚至更低，從根本上控制預熱閥門(mén)的磨損。
5.2、改善預熱閥門(mén)的運行工況
(1) 3 臺預熱閥門(mén)中，只用中間閥門(mén)控制預熱流量，上下閥門(mén)則完全開(kāi)啟。定期更換磨損的中間控制閥門(mén)，減少閥門(mén)磨損的數量。
(2) 油漿泵由一開(kāi)二備改為一開(kāi)一停一備的模式。平時(shí)備用1 臺油漿泵，而將原2 臺備用油漿泵中的另外1 臺停止備用，完全關(guān)閉3 臺預熱閥門(mén)以減少閥門(mén)的磨損數量。
(3) 安裝限流孔板。通過(guò)測量備用泵有效預熱時(shí)的表面溫度，核算油漿泵預熱所需要的最小油漿流量，根據流量加工限流孔板安裝在預熱控制閥門(mén)之前的管路上，限流孔板還可以吸收一部分壓降，減少閥前閥后壓降，降低流速，減弱油漿對閘板的載荷沖擊�？刂崎y門(mén)則完全開(kāi)啟，不參與實(shí)際流量控制。根據實(shí)際磨損情況定期更換限流孔板，而保護預熱閥門(mén)不受磨損。
(4) 改變預熱介質(zhì)。裝置的回煉油溫度和油漿溫度相近，介質(zhì)相似，回煉油泵和油漿泵出口壓力相當，而且介質(zhì)中催化劑更為稀少。從回煉油泵出口管道引一預熱分支，通過(guò)回煉油預熱油漿泵，可以減少預熱閥門(mén)，大幅度減少磨損。
5.3、采用耐磨材料提高閥門(mén)的抗磨損能力
(1) 使用耐磨鋼閘板和閥體。耐磨鋼是用于制造高耐磨性零件的特殊鋼種，其在沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼，高錳鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)是高碳高錳，鑄造成型后使用。
(2) 在閥體通道內壁及閘板兩側容易沖刷磨損的地方先固定一層龜甲網(wǎng)，然后在其間襯上剛玉襯層( Al2O3) ，從而提高閥門(mén)的耐高溫、耐磨損性能，延長(cháng)閥門(mén)的使用壽命。
(3) 在閥體易沖刷部位增加襯里，在硬質(zhì)合金層的表面上噴涂耐磨合金層，使閥門(mén)的耐磨損性能得到提高。
(4) 閘板、閥體及內襯均采用具有優(yōu)異耐磨損性的氧化鋯結構陶瓷材料，洛氏硬度高達HRA87以上，能承受高速流體及硬顆粒介質(zhì)的沖蝕。
6、結語(yǔ)
裝置采用了從工藝生產(chǎn)方面的預防控制措施，新更換的預熱閥門(mén)運行3 個(gè)月，沒(méi)有發(fā)現內漏現象。
由于裝置運行狀態(tài)下不具備施工條件，改變預熱介質(zhì)的措施在周期性停工檢修才能完成。提高控制閥門(mén)抗磨損材質(zhì)的措施，在催化裂化裝置的滑閥等大型特種閥門(mén)上應用較多，而在油漿系統應用的中小型閥門(mén)上還沒(méi)有得到使用。催化裂化裝置油漿循環(huán)系統油漿泵預熱閥門(mén)的磨損是生產(chǎn)工藝和閥門(mén)本體材質(zhì)等綜合因素造成的，改善閥門(mén)的工作環(huán)境和合理選擇閥門(mén)的材質(zhì)均可以延長(cháng)閥門(mén)的使用壽命。電力、石油、化工、冶金、采礦及污水處理等工業(yè)領(lǐng)域，尤其面對高磨損和高溫等惡劣工況，對高耐磨閥門(mén)的研究、設計和制造提出了更高的要求，優(yōu)質(zhì)的抗高磨損閥門(mén)才能滿(mǎn)足現代工業(yè)的長(cháng)周期運行目標。
