催化裂化装置滑阀典型故障分析

催化裂化装置滑阀典型故障分析
摘要
滑阀作为催化剂循环流程中的关键设备之一，在反应再生系统中，对催化裂化反应温度控制、物料调节以及压力控制起到关键作用。

本文主要介绍在不切断反应进料的情况下催化裂化再生滑阀的在线修复技术方案，列举了在滑阀常见的故障类型，重点介绍了再生滑阀在运行期间，发生阀板与丝杠脱离案例。

为避免装置停车，尝试在阀门背面增加副阀杆，充分考虑修复过程中存在的各种风险，制定相应措施，在催化裂化工业装置上实现再生滑阀阀板与丝杆脱离的在线修复。

关键词：石化设备；再生滑阀；在线修复；副阀杆
再生滑阀作为催化剂循环流程中的关键设备之一，在反应再生生产中，对催化裂化反应温度控制、物料调节以及压力控制起到关键作用[1]。

在紧急情况下，还起到自保切断两器的安全作用。

再生滑阀的动作受提升管反应温度信号和该阀前、后压差信号控制，反应温度与再生滑阀压降组成超驰控制。

再生滑阀出现故障将会直接关系到整个装置的长周期平稳运行[2-4]。

再生滑阀为 TSLD600 型电液单动滑阀，设计温度 750 ℃，设计压力 0.5 MPa，介质为催化剂。

XX年X月，在调整装置运行负荷时，操作参数与催化剂循环量出现大幅度波动，严重影响装置正常生产和全厂油品质量调和方案。

分析原因为催化剂再生滑阀阀板与阀杆脱开所致。

为减少因装置停车带来的经济损失，在各项安全技术措施落实的提前
下，实施不停车在线开孔顶开阀板处置方案，该滑阀修复后可以实现液动关闭，手动开阀的功能，不影响正常操作。

1 滑阀简介[ 1, 2]
滑阀按照隔热形式分为冷壁式和热壁式。

热壁式是早期的技术, 而冷壁式是 20 世纪 90 年代发展起来的, 其应用更加具有代表性。

1. 1 滑阀主要参数及结构
阀体材质为20g或16M nR,内壁采用100~150 mm 厚的耐磨隔热双层衬里, 使阀体外壁工作温度较低。

对单动的再生、待生滑阀, 其外表实测壁温能够控制在150~180℃。

对双动滑阀,阀体内操作温度高达700℃时, 其外壁温度也不超过200℃。

所以,冷壁滑阀的阀体材质大多采用16MnR低合金钢,相对热壁式滑阀,在材料应用和制造上降低了要求。

阀体与管道的连接采用同类材料焊接方式, 现场组对焊接方便。

滑阀的出入口多采用等径焊接结构, 大盖多采用圆形或矩形箱体结构。

双动滑阀则采用了类似单动滑阀的结构, 只是对称设置了2个箱体及大盖。

双动滑阀的大盖密封均采用了先进的唇型密封结构。

冷壁单动滑阀阀体设计上主要采用等径三通型焊接结构, 双动滑阀阀体采用异径四通型焊接结构。

催化裂化装置中典型滑阀结构示意图见图 1。

1. 2 滑阀内件构成
滑阀内件主要由节流锥、阀座圈、导轨及阀板等几部分组成。

节流锥在滑阀内部, 属于高温受力部件, 承受着介质压差及阀座圈、导轨、阀板的全部重量。

节流锥为悬挂式, 大端焊在阀体上, 节流锥下部通过螺栓固定有阀座圈和导轨, 阀板与导轨相对滑动,节流锥和阀座圈等可随阀体内温度变化而自由膨胀和收缩。

阀板和阀座圈形成滑阀的密封面。

阀板密封面全部衬有耐磨衬里, 并将阀板尾部隐蔽在密封面下面, 盖住阀杆头部以增强阀板的耐冲蚀, 并保护阀杆头部不受催化剂的冲刷。

阀座圈、阀板、导轨均为高温合金钢铸造结构。

滑阀导轨采用 L 型截面, 便于喷焊硬质合金和磨削加工。

阀座圈的阀口四周和阀板头部均衬有耐磨衬里, 有效防止催化剂直接冲刷导轨与阀座圈的结合面, 避
免吹断导轨螺栓。

阀板表面全部衬制龟甲网单层耐磨衬里。

在催化剂冲刷严重的阀板前端和阀座圈的阀口处, 均设有增强隔板来固定衬里。

在阀板和导轨布置上, 将导轨远离阀口安装, 避免了催化剂直接冲刷导轨表面。

阀板和阀座圈的重迭度增大, 减少了通过间隙的催化剂通过量, 减轻对导轨的磨损。

有数据显示, 国产冷壁单动滑阀导轨距离阀口为75 mm, 冷壁双动滑阀导轨距离阀口为100 mm, 全关时的阀板头部与阀口重叠大约50 mm, 有效地补偿了阀板磨损, 保障了全开阀门时的流道畅通。

1. 3 滑阀密封部分结构组成
滑阀的阀盖法兰内表面衬有无龟甲网钢纤维增强的单层衬里, 阀盖法兰两侧和填料函上分别设有导轨和阀杆的吹扫接口, 用于引进脱水蒸气或其他气体介质对滑阀导轨及阀杆进行吹扫、冷却。

滑阀填料函采用串联填料密封结构, 见图 2。

填料函内串联装入两种不同材料和规格的填料, 内侧为备用填料, 外侧是工作填料。

填料函操作时, 备用填料松套在阀杆上并不压紧, 当工作填料失效或需要更换时, 可通过填料函上备用填料处的注入口向内注入液体填料, 将备用填料充实并压紧, 使该填料起到密封作用。

在阀门正常工作、调节状态下, 也可方便地更换外侧的工作填料。

备用填料为浸油石墨盘根, 工作填料为柔性石墨, 液体填料可采用二硫化钼锂基脂或添加一定比例石墨粉进行配制。

冷壁滑阀在安装完毕后还应适当调整工作填料的压紧量, 以保证填料函的密封性能, 调整原则是填料和阀杆之间的间隙不应过小, 以免填料及阀杆过早磨损,功耗也会增大, 严重时还会影响灵活性。

2常见故障及对策
重油催化裂化装置所有滑阀及参数如表所示。

在在实际运行维护过程中，滑阀的故障大致可以分为滑阀本体故障和滑阀运行故障两大类。

滑阀本体故障是指滑阀的本体导致的功能性故障、安全性故障。

常见故障有阀道内耐磨衬里松脱、阀体内紧固件松脱、磨损、断裂以及阀杆密封泄露等滑阀的外部泄露问题。

滑阀的运行故障主要指阀在生产运行中
的控制部分故障。

常见故障有滑阀的手动、自动切换机构卡阻、自动机切换机构卡阻，滑阀控制系统故障。

1 故障现象
XX 年 XX月，催化装置（同轴式）正常运行，加工负荷 90%，再生滑阀开度 40%，反应温度 505 ℃。

09：00接调度指令提高反应进料，操作员将滑阀开度提到 45%，发现反应温度没有变化，再提到50%，同样没有变化。

班长命令内操缓慢开大滑阀，外操现场观察滑阀阀杆活动情况，现场反馈信息阀杆动作与内操指令相符，班长命令内操缓慢关闭滑阀，观察动作情况。

当内操将滑阀关闭到 38%时反应温度突然急剧大幅下降，内操迅速下调反应进料，反应温度最低降至475 ℃，再生滑阀压降从 50 kPa 升到 82 kPa，加工负荷下调到 50%后反应温度回升到 480 ℃，但波动较大，由于负荷太低，分馏和吸收稳定系统无法正常运行。

技术人员对故障进行会商，初步判断为滑阀阀板与阀杆脱开，原因可能是阀杆 T 形挂钩 90°位移，导致阀杆与阀板脱扣或者阀杆断裂。

2 修复方案
公司组织人员会商后，计划实施“在线修复”。

即制作手动推动顶杆机构，在单动滑阀背部与阀杆同轴位置带压开孔，装上顶杆机构，用手动推动顶杆推动阀板，实现阀板开启。

由于该方案无经验借鉴，高温开孔穿过耐磨衬里层采用何种刀具、推进顶杆能否对准阀板、能否顶开都是未知数。

邀请滑阀制造厂家、带压开孔厂家以及推进机构制作厂家，对方案进行可行性论证，确定具体实施步骤。

（1）与滑阀厂家及带压开孔厂家确定开孔位置及孔径。

开孔位置定在滑阀背部与阀杆同轴位置，开孔直径 38 mm。

（2）开孔厂家根据衬里材料确定开孔刀具材料及开孔工艺。

采用高温合金研磨钻头，低速研磨开孔
（3）推进机构制作厂家根据公司提供的设计图制作推进机构。

推进机构转动部分、支架及填料函利用旧 DN200 mm 闸阀改造，顶杆直径36 mm，材料为 316L。

（4）搭设临时推进机构操作操作平台、敷设推进机构保护蒸汽管线。

设备开孔位置、推进机构及实物图见图 1～图 3。

3 修复施工步骤
①在阀体背部确定开孔位置。

②以开口中心点焊接Φ50 mm 带接管平焊法兰。

③安装直径 50 mm
高温闸阀。

④安装在线开孔机。

⑤低速研磨开孔机⑥拆除开孔机。

⑦安装反吹蒸汽环，连接反吹蒸汽。

⑧安装推进机构。

施工操作要点：开孔位置的确定是在线修复方案成败的关键，接管法兰的焊接要确保与滑阀阀杆同心，开孔速度要控制平稳，以免伤害衬里。

4 滑阀在线修复系统投用
XX年X月XX日XX时，在线修复施工完成，15：20开始投用。

投用步骤：①将滑阀电液执行机构阀位开度调到 45%位置。

②将推进机构前高温闸阀全部打开。

③投用反吹蒸汽。

④缓慢推进顶杆，随时测量顶杆推进距离，以及时掌握顶杆进入阀体的大概位置。

15：30，顶杆即将到达预计的顶杆与滑阀阀板接触位置时，通知内操注意反应温度变化情况，及时调节反应温度。

当顶杆再次推进后，反应温度开始快速上升，滑阀压降开始下降，表明推进顶杆已经顶开阀板，该修复方案成功。

再生滑阀修复前后装置操作参数见表 1。

16：00，从顶杆测量数据估算，阀板大约顶开 120 mm，开度约42%。

反应进料负荷提到计划进料量后，反应系统各项指标均趋于正常。

在需要关闭滑阀时用电液执行机构完成，需要开启滑阀时用手动推进顶杆完成。

待生产运行平稳后，将推进顶杆缓慢退出，根据滑阀结构，将顶杆退到与滑阀衬里齐平位置，投用滑阀电液执行机构。

退出顶杆的目的：①保证在事故状态下再阀的迅速关闭。

②避免顶杆被催化剂的冲刷。

③减少开孔处的衬里被催化剂涡流冲刷。

5 结论
再生滑阀作为催化裂化反应—再生系统的重要设备，其运行状况直接关乎到装置的长周期、安全、平稳运行。

在以往的生产过程中，若再生滑阀出现阀板和阀杆脱开，均执行停车修复方案，严重影响到企业的经济效益。

应用实践表明，只要控制好关键点，再生滑阀阀杆脱落在线修复技术方案完全可行，并且操作简单，安全风险可控、成功率极高。

对解决催化剂连续再生装置同类问题具有一定的借鉴和参考意义。