1. 高壓調(diào)節(jié)閥選型概述
在石化加氫裝置中，高壓調(diào)節(jié)閥的選型至關重要，它直接關系到裝置的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟效益。因此，對高壓調(diào)節(jié)閥進行合理選型，是確保裝置長期、安全、高效運行的關鍵。以下是對高壓調(diào)節(jié)閥選型過程的詳細分析。
1.1 類型及結(jié)構(gòu)選型
在渣油加氫裝置中，高壓調(diào)節(jié)閥通常選用氣動閥，其閥體結(jié)構(gòu)可分為高壓直通調(diào)節(jié)閥和高壓多級降壓角閥。高壓直通調(diào)節(jié)閥適用于高靜壓、低壓差場合，而高壓多級降壓角閥則適用于高靜壓、高壓差液相場合。根據(jù)實際應用場景的不同，選擇合適的閥門類型和結(jié)構(gòu)，以滿足工藝要求。
1.2 閥體及閥內(nèi)件材質(zhì)選擇
閥體及內(nèi)件的材質(zhì)選擇是高壓調(diào)節(jié)閥選型中的重要考慮因素。在含有H2S的介質(zhì)中，調(diào)節(jié)閥接液材料應進行抗H2S腐蝕處理，以滿足NACE MR 0103：2007的要求。根據(jù)不同的工作溫度和介質(zhì)特性，選擇合適的材料，如A216-WCC特種碳鋼、A217-WC9特種合金鋼或A351-CF8C奧氏體不銹鋼等，以確保閥門的耐腐蝕性和長周期使用。
1.3 CV值選擇
額定流量系數(shù)CV值的選擇對調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)和采購價格有直接影響。對于等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥，應選擇合適的CV值，確保工藝流量對應的調(diào)節(jié)開度在20%～90%之間。對于線性流量特性調(diào)節(jié)閥，應確保工藝流量對應的調(diào)節(jié)開度在20%～80%之間。合理的CV值選擇有助于提高調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能和降低噪音。
1.4 執(zhí)行機構(gòu)的選擇
執(zhí)行機構(gòu)的選擇取決于閥門的開關動作時間和輸出力的要求。對于參與工藝聯(lián)鎖動作的高壓開關閥，應選用氣動執(zhí)行機構(gòu)以實現(xiàn)動力故障安全性。根據(jù)具體工況，可以選擇單作用彈簧復位單氣缸式或雙作用雙氣缸式執(zhí)行機構(gòu)。對于不涉及聯(lián)鎖保護安全功能的高壓開關閥，可以選用電動執(zhí)行機構(gòu)，因其可靠性較高，不易發(fā)生誤動作。
1.5 設計應用
在實際應用中，某煉油廠的渣油加氫項目選用了多種高壓調(diào)節(jié)閥，包括高壓直通調(diào)節(jié)閥、高壓多級降壓角閥、高壓氣動開關球閥和高壓電動開關球閥。這些閥門的壓力等級范圍為Class900～Class2500，涵蓋了從新氫壓縮機逐級壓力返回位置到熱高壓分離器底出口等多個關鍵部位。通過合理的選型和設計，這些閥門能夠滿足裝置在不同工況下的需求，保證裝置的安全、穩(wěn)定運行。
2. 設計參數(shù)與技術要求
2.1 設計參數(shù)細化
在石化加氫裝置中，高壓調(diào)節(jié)閥的設計參數(shù)是確保閥門能夠在高壓、高溫、臨氫等苛刻工況下長期穩(wěn)定運行的關鍵。設計參數(shù)包括但不限于閥門的公稱直徑、壓力等級、工作溫度、材料選擇以及特殊工況下的定制要求。
公稱直徑和壓力等級：根據(jù)工藝流程的需求，選擇合適的公稱直徑和壓力等級。例如，在渣油加氫裝置中，高壓調(diào)節(jié)閥的壓力等級通常為Class900～Class2500，以適應高達20 MPa的操作壓力。
工作溫度：閥門的工作溫度應覆蓋裝置的操作溫度范圍，如渣油加氫裝置的操作溫度可達到397℃。
材料選擇：閥門的材料必須能夠承受高壓、高溫以及具有抗H2S腐蝕的能力。常用的材料包括A216-WCC特種碳鋼、A217-WC9特種合金鋼和A351-CF8C奧氏體不銹鋼，它們的選擇取決于介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕性。
2.2 技術要求深入分析
技術要求是確保高壓調(diào)節(jié)閥在實際應用中滿足性能指標和安全標準的必要條件。
抗腐蝕性能：閥門必須能夠抵抗介質(zhì)中的腐蝕性成分，如H2S。這要求閥門材料滿足NACE MR 0103：2007標準，以防止硫化物應力腐蝕開裂（SSCC）。
強度和剛度：閥門的結(jié)構(gòu)設計必須保證足夠的強度和剛度，以承受高壓差和溫度波動帶來的機械應力。
密封性能：閥門的密封性能必須滿足零泄漏的要求，特別是在高壓和有毒介質(zhì)的應用中。
流量特性：閥門的流量特性應根據(jù)工藝要求選擇，如等百分比或線性特性，以實現(xiàn)精確的流量控制。
動作響應時間：對于氣動或電動執(zhí)行機構(gòu)，閥門的動作響應時間必須滿足工藝聯(lián)鎖和控制要求，以確保快速響應和系統(tǒng)的安全性。
材料兼容性：閥門的所有部件，包括閥體、閥芯、閥座和密封件，必須與工藝介質(zhì)兼容，以防止材料降解和性能下降。
維護和可靠性：閥門的設計應便于維護，并具有高可靠性和長壽命，以減少維護成本和裝置的停機時間。
2.3 特殊工況下的定制要求
在某些特殊工況下，如高壓差、高氣化率或含有固體顆粒的介質(zhì)，可能需要對高壓調(diào)節(jié)閥進行定制設計。
高壓差調(diào)節(jié)：對于高壓差應用，閥門可能需要采用多級降壓結(jié)構(gòu)，以減少壓降引起的氣蝕和噪音。
高氣化率介質(zhì)：在高氣化率介質(zhì)中，閥門的設計必須考慮到介質(zhì)的相變，可能需要采用特殊的流道設計和材料選擇。
固體顆粒處理：對于含有固體顆粒的介質(zhì)，閥門的設計應能夠防止顆粒在閥門內(nèi)部沉積和磨損，可能需要采用特殊的流道設計和硬化表面處理。
通過深入分析設計參數(shù)和技術要求，可以為石化加氫裝置中的高壓調(diào)節(jié)閥提供全面的選型和設計指導，確保閥門在苛刻工況下的可靠性和性能。
3. 閥體與閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)
3.1 閥體結(jié)構(gòu)設計
閥體是高壓調(diào)節(jié)閥的主要承載部件，其結(jié)構(gòu)設計必須滿足高壓工況下的強度和穩(wěn)定性要求。在石化加氫裝置中，閥體通常采用鑄造或鍛造成型，以確保足夠的機械強度和密封性能。
3.2 閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)優(yōu)化
閥內(nèi)件包括閥芯、閥座、導向套等關鍵部件，它們的結(jié)構(gòu)設計直接影響調(diào)節(jié)閥的流量特性、密封性能和使用壽命。
閥芯設計：閥芯的形狀和表面處理對調(diào)節(jié)閥的流量特性和密封性有重要影響。常見的閥芯設計有平衡式和非平衡式兩種，前者通過減少閥芯上的不平衡力來降低執(zhí)行機構(gòu)的推力需求，后者則適用于高壓差場合，以承受較大的壓差。
閥座結(jié)構(gòu)：閥座的密封面通常采用硬化處理，以提高其耐磨性和抗腐蝕性。在高壓差應用中，閥座的設計還應考慮到壓力平衡，以防止高壓介質(zhì)對閥座的單邊沖擊。
導向套設計：導向套的作用是引導閥芯的直線運動，減少摩擦和磨損。在高壓調(diào)節(jié)閥中，導向套的設計必須確保在高壓工況下仍能保持良好的導向性能。
3.3 材料選擇與兼容性
閥體和閥內(nèi)件的材料選擇應考慮到介質(zhì)的溫度、壓力和化學性質(zhì)，以及潛在的腐蝕性。
高溫工況：在高溫工況下，材料的蠕變強度和熱穩(wěn)定性是關鍵因素。常用的材料包括奧氏體不銹鋼、鎳基合金和鐵基合金等，它們能夠在高達400℃以上的環(huán)境中保持穩(wěn)定的機械性能。
高壓工況：高壓工況下，材料的屈服強度和抗拉強度是主要考慮因素。鍛造材料因其更高的強度和更好的密封性能而被廣泛應用于高壓調(diào)節(jié)閥。
腐蝕性介質(zhì)：對于腐蝕性介質(zhì)，如含有H2S的渣油，閥體和閥內(nèi)件的材料必須具有良好的耐腐蝕性。常見的耐腐蝕材料包括316L不銹鋼、雙相不銹鋼和鎳基合金等。
3.4 特殊結(jié)構(gòu)設計
在某些特殊工況下，如高壓差、高氣化率或含有固體顆粒的介質(zhì)，可能需要對閥體和閥內(nèi)件進行特殊設計。
多級降壓結(jié)構(gòu)：在高壓差應用中，采用多級降壓結(jié)構(gòu)可以有效地減少閥門進口和出口之間的壓降，降低氣蝕和噪音。
抗氣蝕設計：在高氣化率介質(zhì)中，閥門的設計必須考慮到介質(zhì)的相變，可能需要采用特殊的流道設計和材料選擇，以防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。
固體顆粒處理：對于含有固體顆粒的介質(zhì)，閥門的設計應能夠防止顆粒在閥門內(nèi)部沉積和磨損，可能需要采用特殊的流道設計和硬化表面處理。
4. 執(zhí)行機構(gòu)選型
4.1 執(zhí)行機構(gòu)類型與應用場景
執(zhí)行機構(gòu)的選型對于高壓調(diào)節(jié)閥的性能至關重要，它直接影響閥門的響應速度、控制精度和可靠性。在石化加氫裝置中，常用的執(zhí)行機構(gòu)有氣動執(zhí)行機構(gòu)和電動執(zhí)行機構(gòu)。
氣動執(zhí)行機構(gòu)：適用于需要快速響應和實現(xiàn)緊急切斷的場景。氣動執(zhí)行機構(gòu)具有輸出力大、動作迅速的優(yōu)點，適合于高壓、大口徑閥門的控制。根據(jù)工藝要求，可以選擇單作用或雙作用氣缸式執(zhí)行機構(gòu)。單作用執(zhí)行機構(gòu)在動力故障時可以實現(xiàn)自動復位，而雙作用執(zhí)行機構(gòu)則需要備用氣源以保證動力故障時的安全性。
電動執(zhí)行機構(gòu)：適用于對控制精度要求較高的場合。電動執(zhí)行機構(gòu)具有控制精度高、運行穩(wěn)定的特點，適用于需要精確調(diào)節(jié)的工況。電動執(zhí)行機構(gòu)通常用于那些不需要快速響應，但對調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性要求較高的場合。
4.2 輸出力與響應時間
執(zhí)行機構(gòu)的輸出力和響應時間是選型時的重要參數(shù)，它們決定了閥門能否滿足工藝過程對控制速度和控制精度的要求。
輸出力：執(zhí)行機構(gòu)的輸出力必須能夠克服閥門在最大壓差下穩(wěn)定操作所需的力。對于高壓調(diào)節(jié)閥，尤其是那些在高壓差工況下工作的閥門，執(zhí)行機構(gòu)的輸出力尤為重要。輸出力的計算應考慮介質(zhì)的壓力、閥門的尺寸和結(jié)構(gòu)等因素。
響應時間：執(zhí)行機構(gòu)的響應時間應滿足工藝對閥門快速動作的需求。在緊急切斷或快速調(diào)節(jié)的場景中，響應時間是關鍵參數(shù)。氣動執(zhí)行機構(gòu)通常具有較短的響應時間，而電動執(zhí)行機構(gòu)的響應時間則取決于電機的轉(zhuǎn)速和減速器的傳動比。
4.3 安全性與可靠性
執(zhí)行機構(gòu)的安全性和可靠性對于保障石化加氫裝置的穩(wěn)定運行至關重要。
安全性：執(zhí)行機構(gòu)應具備在動力故障時能夠?qū)㈤y門置于安全位置的能力。對于氣動執(zhí)行機構(gòu)，可以通過選擇單作用彈簧復位式或配備備用氣源罐來實現(xiàn)；對于電動執(zhí)行機構(gòu)，則需要考慮電源故障時的保護措施，如電池備份或超級電容器等。
可靠性：執(zhí)行機構(gòu)的可靠性直接影響閥門的可用性和維護成本。在選型時，應選擇那些具有良好市場口碑和長期運行業(yè)績的執(zhí)行機構(gòu)品牌。同時，執(zhí)行機構(gòu)的設計應考慮到易于維護和更換，以減少裝置的停機時間和維護成本。
4.4 環(huán)境適應性
執(zhí)行機構(gòu)的環(huán)境適應性包括其對環(huán)境溫度、濕度、腐蝕性介質(zhì)和爆炸性氣體的耐受能力。
環(huán)境溫度：執(zhí)行機構(gòu)應能夠在裝置所處的環(huán)境溫度范圍內(nèi)正常工作，對于高溫或低溫環(huán)境，需要選擇相應的耐高溫或耐低溫型號。
濕度和腐蝕性介質(zhì)：在潮濕或腐蝕性環(huán)境中，執(zhí)行機構(gòu)的外部保護和材料選擇必須能夠抵抗腐蝕，確保長期穩(wěn)定運行。
爆炸性氣體：在可能存在爆炸性氣體的環(huán)境中，執(zhí)行機構(gòu)必須符合相應的防爆標準，如本安型或隔爆型，以確保裝置的安全運行。
5. 性能參數(shù)
5.1 壓力等級與溫度范圍
高壓調(diào)節(jié)閥的性能參數(shù)首先體現(xiàn)在其能夠承受的壓力等級和溫度范圍。在石化加氫裝置中，調(diào)節(jié)閥常常需要在高達20 MPa甚至更高的壓力下工作，因此閥門的壓力等級通常為Class 900至Class 2500。同時，閥門需要能夠在操作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，對于渣油加氫裝置，這一溫度范圍可達到397℃。
5.2 額定流量系數(shù)(CV值)
額定流量系數(shù)(CV值)是衡量調(diào)節(jié)閥流通能力的重要參數(shù)，它直接影響調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)精度和響應速度。在選型時，應根據(jù)實際工藝流量和閥門全開時的最大流量來確定CV值。對于等百分比特性的調(diào)節(jié)閥，CV值的選擇應保證工藝流量對應的調(diào)節(jié)開度在20%至90%之間；而對于線性特性的調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)開度應保持在20%至80%之間。
5.3 泄漏等級
泄漏等級是評價調(diào)節(jié)閥密封性能的關鍵指標。在石化加氫裝置中，由于介質(zhì)的易燃易爆特性，對調(diào)節(jié)閥的泄漏等級有嚴格的要求。通常，調(diào)節(jié)閥的泄漏等級應滿足ANSI B16.104或API 598標準，確保在高壓工況下的密封可靠性。
5.4 回差與線性度
調(diào)節(jié)閥的回差和線性度是影響調(diào)節(jié)精度的重要參數(shù)。回差是指調(diào)節(jié)閥在開啟和關閉過程中，流量變化與閥桿位移變化之間的差異。而線性度則是指調(diào)節(jié)閥的流量變化與閥桿位移變化之間的線性關系。在石化加氫裝置中，調(diào)節(jié)閥的回差應小于全行程的1%，線性度應小于全行程的±1%，以確保調(diào)節(jié)過程的精確性和穩(wěn)定性。
5.5 允許壓差
允許壓差是調(diào)節(jié)閥能夠承受的最大壓差，它直接影響調(diào)節(jié)閥的降噪效果和氣蝕保護。在選型時，應根據(jù)工藝流程中的最大壓差來確定調(diào)節(jié)閥的允許壓差。對于高壓多級降壓角閥，其內(nèi)部的多級降壓結(jié)構(gòu)可以有效降低壓差，減少氣蝕和噪音，保證閥門的長期穩(wěn)定運行。
5.6 動作響應時間
動作響應時間是調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)在接收到控制信號后，閥門從一位置移動到另一位置所需的時間。在石化加氫裝置中，尤其是對于參與工藝聯(lián)鎖的調(diào)節(jié)閥，快速的動作響應時間是保證裝置安全的關鍵。因此，執(zhí)行機構(gòu)的選型應考慮到其響應時間，以滿足工藝對控制速度的要求。
6. 應用案例分析
6.1 案例背景介紹
在石化行業(yè)中，高壓調(diào)節(jié)閥的正確選型對于保障加氫裝置的穩(wěn)定運行至關重要。以下是幾個典型的應用案例，通過這些案例分析，可以進一步了解高壓調(diào)節(jié)閥在實際工況中的性能表現(xiàn)和選型要點。
6.1.1 渣油加氫裝置應用案例
渣油加氫裝置在操作過程中面臨高壓、高溫和高腐蝕性介質(zhì)的挑戰(zhàn)。在這種工況下，高壓調(diào)節(jié)閥需要具備優(yōu)異的耐腐蝕性和高強度性能。例如，某煉油廠的渣油加氫項目中，選用了18套高壓直通調(diào)節(jié)閥和16套高壓多級降壓角閥，這些閥門的壓力等級范圍為Class900至Class2500，滿足了裝置在不同工況下的需求。
6.1.2 超高壓調(diào)節(jié)閥在EVA裝置的應用
揚子石化電儀中心EVA裝置首次成功應用了11臺超高壓調(diào)節(jié)閥，這些調(diào)節(jié)閥采用液壓油驅(qū)動方式，工藝介質(zhì)壓力高達220兆帕。通過技術人員對超高壓閥門技術的深入研究和精心調(diào)校，這些閥門均達到了裝置開車投用標準，為EVA裝置的穩(wěn)定運行提供了有力保障。
6.2 選型關鍵因素分析
通過對上述案例的分析，可以總結(jié)出高壓調(diào)節(jié)閥選型的幾個關鍵因素。
6.2.1 壓力等級與溫度范圍匹配
高壓調(diào)節(jié)閥的壓力等級和溫度范圍必須與石化加氫裝置的工作條件相匹配。例如，在渣油加氫裝置中，核心反應操作壓力達到20 MPa，操作溫度達到397℃，因此選用的壓力等級為Class900至Class2500的調(diào)節(jié)閥。
6.2.2 材質(zhì)選擇與耐腐蝕性能
閥門的材質(zhì)選擇應考慮到介質(zhì)的腐蝕性，尤其是對于含H2S介質(zhì)的工況。在渣油加氫裝置中，調(diào)節(jié)閥接液材料進行了抗H2S腐蝕處理，滿足了NACE MR 0103：2007的要求。
6.2.3 CV值與流量特性
合理的CV值選擇對于調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能至關重要。在EVA裝置案例中，通過精準計算零點、量程的設定值，解決了液壓油閥門控制器信號轉(zhuǎn)換難題，確保了調(diào)節(jié)閥的精確控制。
6.2.4 執(zhí)行機構(gòu)的可靠性
執(zhí)行機構(gòu)的可靠性直接影響調(diào)節(jié)閥的響應速度和控制精度。在渣油加氫裝置案例中，選用了氣動執(zhí)行機構(gòu)和電動執(zhí)行機構(gòu)，以滿足不同工況下的控制需求。
6.3 應用效果評估
通過對實際應用案例的評估，可以驗證高壓調(diào)節(jié)閥選型的合理性和有效性。
6.3.1 安全穩(wěn)定性
在渣油加氫裝置和EVA裝置的應用案例中，高壓調(diào)節(jié)閥均表現(xiàn)出良好的安全穩(wěn)定性，未出現(xiàn)因閥門故障導致的裝置停車事故。
6.3.2 調(diào)節(jié)性能
合理的選型確保了調(diào)節(jié)閥具有良好的調(diào)節(jié)性能，滿足了工藝流程對流量控制的要求。例如，在EVA裝置中，通過精確控制原油流入蒸餾塔的量，優(yōu)化了操作，提高了產(chǎn)量和效率。
6.3.3 維護成本
選用高性能的調(diào)節(jié)閥有助于降低維護成本和裝置的停機時間。在渣油加氫裝置案例中，通過選用耐腐蝕性和高強度性能優(yōu)異的調(diào)節(jié)閥，減少了閥門的更換頻率，節(jié)約了維護成本。
7. 選型標準與規(guī)范
7.1 國家標準與行業(yè)規(guī)范
在石化加氫裝置中，高壓調(diào)節(jié)閥的選型必須遵循一系列國家標準和行業(yè)規(guī)范，以確保閥門的安全性、可靠性和性能指標滿足要求。
GB/T 12224：這是通用閥門的壓力-溫度等級規(guī)范，規(guī)定了不同壓力等級下閥門材料的最大允許工作壓力和溫度。
NB/T 47044：這是電站閥門的規(guī)范，涵蓋了閥門的設計、制造、檢驗和試驗等方面，特別適用于高溫高壓的電站閥門。
JB/T 11484-2013：《高壓加氫裝置用閥門技術規(guī)范》是專門針對高壓加氫裝置用閥門的技術要求，包括了閥門的材料選擇、結(jié)構(gòu)設計、性能參數(shù)和檢驗規(guī)則。
7.2 材料選擇標準
閥門的材料選擇應符合以下標準，以確保在高壓、高溫和腐蝕性介質(zhì)中的長期穩(wěn)定運行。
7.3 性能參數(shù)規(guī)范
閥門的性能參數(shù)，如壓力等級、溫度范圍、CV值、泄漏等級等，必須符合以下規(guī)范。
7.4 安全與環(huán)保要求
在選型時，還需考慮安全與環(huán)保要求，確保閥門在運行過程中不會對環(huán)境造成污染，同時保障操作人員的安全。
通過遵循上述標準與規(guī)范，可以確保石化加氫裝置中的高壓調(diào)節(jié)閥在各種工況下都能穩(wěn)定可靠地運行，滿足裝置的安全生產(chǎn)要求。
鄂公安備案號：42011602001080號 
