介紹了催化裂化裝置油漿泵預(yù)熱閥門發(fā)生磨損內(nèi)漏的現(xiàn)象。分析了形成磨損的流體介質(zhì)、閥門材質(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金屬表面的磨損，采取在閥體通道內(nèi)壁及閘板兩側(cè)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(yù)熱閥門抗磨損能力和預(yù)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(yīng)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(yīng)保持系統(tǒng)運(yùn)行有較大的油漿循環(huán)量，以降低油漿在分餾塔停留時間，防止油漿系統(tǒng)結(jié)焦。油漿泵為裝置提供油漿循環(huán)動力，油漿泵通常為一開二備共3 臺泵。備用的2 臺泵通過油漿預(yù)熱閥門預(yù)熱泵體，確保運(yùn)行泵在出現(xiàn)故障的情況下，備用泵能夠及時切換。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)油漿控制閥門因介質(zhì)含有的催化劑量少，往往使閥門發(fā)生磨損內(nèi)漏或閥體穿孔而出現(xiàn)油漿外泄等事故。

2、結(jié)構(gòu)參數(shù)

　　在3 臺油漿泵中，運(yùn)行泵的預(yù)熱閥門處于全部關(guān)閉狀態(tài)，備用泵的預(yù)熱閥門開度處于控制狀態(tài)。預(yù)熱閥門開度過大會引起運(yùn)行泵抽空，功耗增加，開度過小會造成備用泵不能充分預(yù)熱，達(dá)不到備用的目的�，F(xiàn)用預(yù)熱閥門的型號和操作參數(shù)見表1，典型的油漿性質(zhì)見表2。

3、工況條件

　　3.1、 使用情況

　　在裝置生產(chǎn)中，油漿泵預(yù)熱閥門閘板磨損產(chǎn)生內(nèi)漏的使用情況見表3。2001 年前使用的控制閥門為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，拆檢閥門發(fā)現(xiàn)閘板磨損嚴(yán)重，隨即更換同等型號閥門后投入使用。2003 年閥門閘板材質(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，其流程見圖1。2013 年，備用油漿泵P - 208 /2預(yù)熱3 閥中的中間控制閥門閥體磨損開孔，高溫油漿向外飛濺，處理過程中發(fā)現(xiàn)3 臺閥門中的上閥和下閥也存在嚴(yán)重的磨損內(nèi)漏現(xiàn)象，使得油漿泵泵體和中間預(yù)熱閥門不能切除泄壓和降溫，無法近距離操作。由于泵體閥門和預(yù)熱閥門均發(fā)生大量的內(nèi)漏而不能切除也未能完成更換。

表1 閥門型號和操作參數(shù)

表2 典型的油漿性質(zhì)

表3 預(yù)熱閥門的使用情況統(tǒng)計

圖1 油漿泵預(yù)熱流程

　　3.2、受損狀態(tài)

　　拆檢后，閥門的磨損情況見圖2 和圖3。

　　(1) 閘板整體呈現(xiàn)蜂窩狀，高壓側(cè)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(cè)外表面

圖2 磨損的閘板

圖3 磨損的閥體

　　(2) 中心磨損開孔約10mm。

　　(3) 側(cè)面磨損有明顯的不規(guī)則凹槽，深度約為5mm。

　　(4) 靠近閥道的高壓側(cè)頭部磨損為禿頭，低壓側(cè)磨損為凹槽狀，損失約8mm。

　　(5) 閥體流道擴(kuò)大，閥座內(nèi)側(cè)磨損有兩道溝槽，向磨損開孔處延伸，深度最大為5mm，開孔處孔徑約為2mm。

4、原因分析

　　預(yù)熱閥門的磨損主要是磨料磨損類型。硬催化劑和機(jī)械雜質(zhì)在閥內(nèi)表面摩擦過程中，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(yùn)動的情況、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?zhí)亢?. 39%的機(jī)械雜質(zhì)，即生焦和催化劑在循環(huán)過程中對設(shè)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(shù)≤2. 5%，表觀堆積密度( ABD) 在0. 7 ～ 1. 0 之間，抗磨損強(qiáng)度較高，在裝置內(nèi)循環(huán)時磨損率低，但是硬催化劑更快地磨損了設(shè)備。

　　油漿在流經(jīng)預(yù)熱閥門時，催化劑和機(jī)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(nèi)。在閥門關(guān)閉時，堆積的催化劑和機(jī)械雜質(zhì)夾在閥座和閘板之間使其不能形成完全密封，摩擦副間間隙越來越大。高硬度的催化劑和機(jī)械雜質(zhì)在高流速下長期沖刷撞擊閘板，加劇閥門密封面的磨損。

　　4.2、操作

　　(1) 因?yàn)轭A(yù)熱閥門控制油漿的流量，在備用泵備用期間處于半開狀態(tài)( 約20%) ，所以部分閘板處于長時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(yán)重。

　　(2) 閥門開啟關(guān)閉操作相對頻繁，造成在閥門操作過程中催化劑等機(jī)械雜質(zhì)對閥門變速沖刷磨損加劇。

　　(3) 預(yù)熱閥門正確的操作是上下2 臺閥門保持全開狀態(tài)，而用中間閥門控制流量，在中間閥門磨損嚴(yán)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 臺閥門全部置于控制開度的半開狀態(tài)，造成3 臺閥門全部出現(xiàn)不同程度的磨損。

　　4.3、材質(zhì)

　　盡管預(yù)熱閥門閥體材質(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(yīng)用的效果分析，并不能滿足預(yù)熱閥門高溫耐磨損的要求。硬質(zhì)合金雖然是一種具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨、耐蝕、耐高溫和熱膨脹系數(shù)很小的材料，但隨著煉油工業(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(shè)備中使用，主要是提高抗氫、抗氮、抗硫、抗氧化及抗腐蝕作用，同時是一種耐熱鋼，使用溫度可以達(dá)到500℃，但是抗磨損的性能有限。

5、控制措施

　　根據(jù)預(yù)熱閥門產(chǎn)生磨損的原因，從工藝介質(zhì)、操作控制，閥門的材料選擇和結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面提出預(yù)防控制措施。

　　5.1、降低油漿介質(zhì)中催化劑和機(jī)械雜質(zhì)含量

　　滿足生產(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，也會降低催化劑對金屬材質(zhì)設(shè)備磨損產(chǎn)生的金屬顆粒機(jī)械雜質(zhì)含量。使得油漿中機(jī)械雜質(zhì)含量小于0. 39%，甚至更低，從根本上控制預(yù)熱閥門的磨損。

　　5.2、改善預(yù)熱閥門的運(yùn)行工況

　　(1) 3 臺預(yù)熱閥門中，只用中間閥門控制預(yù)熱流量，上下閥門則完全開啟。定期更換磨損的中間控制閥門，減少閥門磨損的數(shù)量。

　　(2) 油漿泵由一開二備改為一開一停一備的模式。平時備用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(yù)熱閥門以減少閥門的磨損數(shù)量。

　　(3) 安裝限流孔板。通過測量備用泵有效預(yù)熱時的表面溫度，核算油漿泵預(yù)熱所需要的最小油漿流量，根據(jù)流量加工限流孔板安裝在預(yù)熱控制閥門之前的管路上，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門則完全開啟，不參與實(shí)際流量控制。根據(jù)實(shí)際磨損情況定期更換限流孔板，而保護(hù)預(yù)熱閥門不受磨損。

　　(4) 改變預(yù)熱介質(zhì)。裝置的回?zé)捰蜏囟群陀蜐{溫度相近，介質(zhì)相似，回?zé)捰捅煤陀蜐{泵出口壓力相當(dāng)，而且介質(zhì)中催化劑更為稀少。從回?zé)捰捅贸隹诠艿酪�一預(yù)熱分支，通過回?zé)捰皖A(yù)熱油漿泵，可以減少預(yù)熱閥門，大幅度減少磨損。

　　5.3、采用耐磨材料提高閥門的抗磨損能力

　　(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(nèi)壁及閘板兩側(cè)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) ，從而提高閥門的耐高溫、耐磨損性能，延長閥門的使用壽命。

　　(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，使閥門的耐磨損性能得到提高。

　　(4) 閘板、閥體及內(nèi)襯均采用具有優(yōu)異耐磨損性的氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷材料，洛氏硬度高達(dá)HRA87以上，能承受高速流體及硬顆粒介質(zhì)的沖蝕。

6、結(jié)語

　　裝置采用了從工藝生產(chǎn)方面的預(yù)防控制措施，新更換的預(yù)熱閥門運(yùn)行3 個月，沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。

　　由于裝置運(yùn)行狀態(tài)下不具備施工條件，改變預(yù)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上應(yīng)用較多，而在油漿系統(tǒng)應(yīng)用的中小型閥門上還沒有得到使用。催化裂化裝置油漿循環(huán)系統(tǒng)油漿泵預(yù)熱閥門的磨損是生產(chǎn)工藝和閥門本體材質(zhì)等綜合因素造成的，改善閥門的工作環(huán)境和合理選擇閥門的材質(zhì)均可以延長閥門的使用壽命。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，對高耐磨閥門的研究、設(shè)計和制造提出了更高的要求，優(yōu)質(zhì)的抗高磨損閥門才能滿足現(xiàn)代工業(yè)的長周期運(yùn)行目標(biāo)。