石油炼制用阀门使用特性的分析
石油炼制用阀门使用特性的分析
随着石油炼制和石油化工工业的迅速发展和进步，装置的长周期安全运行以及装置大型化趋势对阀门的使用提出了更为严格的要求，科学合理地解决好阀门问题就能够降低装置的建设费用、保证生产长周期安全运行。 众所周知，石油化工生产装置中的介质大多具有毒性大、可燃、易爆和腐蚀性强的特点，运行工况又复杂苛刻，操作温度、压力高，开工周期长（目前石化企业多是两年一检修或三年两检修），阀门一旦出现故障，轻者导致介质泄漏，即污染环境又造成经济损失，重者导致装置停工停产，甚至造成恶性事故，因此必须给予足够的重视。 下而结合石油炼制装置阀门的使用情况，从标准执行的角度谈一下自己对标准与阀门质量关系的看法。 1 阀门使用概况 石油炼制用阀门使用特性的分析对各类炼油装置工程费用进行的统计、分析表明，管道工程费用约占总工程费用的 10~30%，而阀门的费用约占管道工程费用的 30%，是管道器材费用的主要组成部分，能否正确地选用和生产这些阀门，不仅关系到装置的安全运行，而且对装置建设的经济性有着比较大的影响。 石油化工装置常用的阀门主要有闸阀、截止阀、、安全阀、蝶阀以及球阀等通用阀门，另有少量的特殊阀门或专用阀门。从统计数据来看，闸阀用量最大，约占阀门用量总数的 80%，其次是截止阀约占 10%，其余为球阀、蝶阀、疏水阀、止回阀以及安全阀等。从材质上来看，主要以碳钢为主，约占阀门总量的 90% 左右，其余为合金钢及不锈钢。除了生产装置外，储运系统工程、给排水系统、锅炉系统、自备电站等系统也大量选用通用阀门，由于炼油厂工艺和规模的不同，一个炼油厂的阀门总数达数万个到数十万个，总重可达几千吨。下表是几个炼油典型装置阀门使用情况的统计数据。显而易见，从使用数量上来讲，碳钢阀门占主导地位，按表中顺序分别占阀门总量的 89.7%、96.2%、89.3%、90%、94.5%、95.3%，按重量则分别占总重量的 80.4%、88.4%、95.3%、96.8%、73.1%、90.8%。这里需要说明的是，由于产品方案和工艺过程存在着一些差异，这些数据会有所变化，但大致比例关系不会有大的区别。 炼油典型装置阀门用量情况| 装置名称 | 碳钢阀 | 合金钢、不锈钢阀 | ||
|---|---|---|---|---|
| 个 | 吨 | 个 | 吨 | |
| 300 万吨/年 常减压蒸馏装置 | 1476 | 77.8 | 170 | 19 |
| 250 万吨/年 常减压蒸馏装置 | 2292 | 117.8 | 91 | 15.4 |
| 200 万吨/年 重油催化裂化装置 | 4612 | 290.4 | 552 | 14.2 |
| 140 万吨/年 重油催化裂化装置 | 3860 | 282 | 428 | 9.3 |
| 100 万吨/年 减粘裂化装置 | 1798 | 34 | 104 | 12.5 |
| 100 万吨/年 延迟焦化装置 | 2390 | 92.1 | 117 | 9.3 |
2 阀门质量与标准
阀门标准即规范了阀门设计、制造、检验、使用等环节的要求，统一了尺度，同时也使制造、使用双方有了共同的语言，能够从技术法规的角度保护各自的利益，使评判有了统一的标准。我认为，制造商只要按阀门标准的规定以及合同的特殊要求设计、制造、销售阀门，就能够在提供满足用户需求产品的同时，保障自身的利益不受损害；对用户而言，如果能够了解、吃透阀门标准的具体规定，特殊要求的内容应在合同中提出，不但从法规的角度约束了阀门制造商，更重要的是为自己日后安全地使用阀门、达到使用目的打下了基础。总而言之，不管是哪一方，只要严格执行标准的规定，即可满足自身的需求，同时也为彼此的合作奠定了统一的基础。
80 年代末 90 年代初，人们一说到 API 阀门，就联想到进口阀门，国内的阀门制造商都把生产制造API阀门作为奋斗的目标。现在有许多生产厂取得了 API 认证，不但为石化行业解决了很多难题，节约了大量的外汇，也能向欧美、亚洲出口为数不少的阀门，但仍存在不少问题。
及时总结阀门设计、制造、使用过程中的经验，找出我们在实际工作中遇到的一些问题，提出解决这些问题的思路和方法，对进一步地促进我国阀门制造的整体水平，提高阀门行业的经济效益，十分必要。
据调查，目前我国阀门的质量问题主要存在于以下几个方而：
（1）阀体铸造缺陷
阀体特别是铬钼钢阀体在铸造过程中常有微裂纹、砂眼、伤痕、毛刺等缺陷，外观也比较粗糙。众所周知，如果铸件木身质量有不允许存在的缺陷，其它零部件质量再好，加工的精度再高，阀门也是不合格产品。
建议除了在铸造工艺上采取措施尽量减少缺陷外，还应从检验上进一步加强，根据合同规定、标准要求以及使用情况，采用适当的无损检验方法。单纯的冷态试验往往不能检验出某些内部缺陷。从实际发生的问题上看，操作温度高于 200℃ 时，阀体铸造缺陷才能够暴露出来。
关于阀门铸件的检验要求，在阀门标准中有明确的规定，如 SH3064-94《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》就对用于 A 级管道阀门的阀体、阀盖铸钢件的材质检查和 A 级管道阀门的焊缝无损探伤、铸件射线底片、焊缝射线底片的合格等级做了规定。
如果铸造工艺能够严格按工艺规程进行冶炼、浇铸、热处理等，再按标准进行检测，就能够做出符合质量需求的阀门铸件。
（2）阀门的密封性
阀门的密封性是衡量阀门功能和质量的重要指标。阀门内漏问题严重威胁着装置的正常运行，而且运行中的阀门又很难发现是否有内漏，调查结果显示各石化企业使用的各种阀门不同程度的存在着内漏问题。其原因有阀板、阀座的密封面材质不符合使用要求，加工精度不够，闸阀的阀板、阀座的楔角不匹配、密封面宽窄不一，吻合度差，闸板不到位，关不死等因素。
如对于 Z41Y-25 来说，密封面材料代号 Y 应该是指密封副中硬度相对较软的密封面材料，所对应的另一密封面材料显然也至少应为硬质合金，而实际上有的阀门只在其中一个密封面上堆焊硬质合金，而另一个密封面却是碳钢的本体材料，投入使用后时间不长就因磨损出现内漏现象。
又如某管道系统选用了对夹式蝶阀，阀座密封材料采用聚四氟乙烯。从使用工况来看，要求并不高，都是常温常压，但在试运行过程中发现为数不少的阀门关不严，内漏严重，以至于无法正常使用，最后不得不更换成闸阀。拆下来检查发现，关闭状态下的阀板与阀座有很大的间隙，甚至透光。
分析其原因可能有以下几点：
① 阀门密封副的结构设计不合理或制造及装配精度达不到要求；② 阀门安装未按要求施工而使其承受过大的力；③ 施工过程中有焊渣、沙子、金属屑等杂质进入阀腔内，使密封效果受到影响。
其实更实际，也是最根本的原因就是在制造、运输或安装的某一过程中未按标准规定要求去做。
（3）填料、垫片及中法兰螺栓的选材没有充分考虑使用条件以及匹配问题，盘根填料装配不符合要求。
某厂大型装置所用阀门分别从十几个阀门制造厂采购，经对操作温度较高的近 2000 台阀门进行检验，发现有 300 多台阀门不同程度地存在质量问题，不合格数占被检查总数的 18% 左右。
调查发现，中法兰螺栓材料不符合要求，与使用条件以及垫片形式不吻合，应该使用合金钢的地方使用了碳钢；中法兰垫片在使用缠绕式垫片时，应选用高强螺栓以满足其预紧力的要求，相应法兰的刚度也应符合要求，而实际上有不少阀门的中法兰螺栓未按此要求选用。
从调查情况来看，阀杆密封材料的使用基木上是一致的，大部分都采用柔性石墨环与石棉盘根组合装配或柔性石墨环与柔性石墨编制盘根组合装配，效果较好。填料选择合理后，填料的正确安装也是保证密封的重要因素，比如安装填料的先后次序，填料压盖不能过紧。怎样做到既能够装配快捷，又可以保证装配质量，值得制造厂研究。
关于阀门用垫片、填料的技术要求、质量要求在相应的标准中同样有非常明确的规定，比如还是 SH3064 就对缠绕式垫片、柔性石墨复合垫、聚四氟乙烯包覆垫以及柔性石墨填料环、柔性石墨编织填料的技术性能指标做了详细的规定。
（4）中法兰密封面加工不符合要求，深浅不一，垫片装入后就已经没有间隙了，无法进行预紧而保证中法兰的密封性。另外阀体内腔没有按标准规定清洗，时常发现有铁屑、砂子等杂物，在运输保管及使用过程中极易磨损密封面。
试压时间没有严格按标准规定的时间执行。
还有些阀门的铭牌（标识）与阀门本身的实际型号不符，如铭牌上标称型号是 Z41H-25，也就是说应该是刚性单闸板闸阀门，而实际上却是刚性双闸板结构，变成了 Z42H-25。这些都会给阀门的使用造成不良影响，给用户带来一定的危害。
3 阀门使用需求
近年来，石油化工深加工技术发展很快，原油的来源也日益广泛，操作条件向着高温、高压、腐蚀性强的方向发展，对耐高温、耐磨、抗氢腐蚀、耐氢氟酸腐蚀和抗硫阀门的需求量将进一步增加。
加工高酸值原油的常减压装置的环烷酸腐蚀问题直接威胁装置的安全运行。检测数据表明，环烷酸在一定温度下对碳钢的腐蚀率高达 14mm/年。常压炉出口（350~355℃）和减压炉出口（405℃）的高温部位腐蚀现象最为严重。为解决这个问题，有的常压炉出口管道上使用的 Cr5Mo 阀门因腐蚀严重而改为超低碳不锈钢阀门。
催化裂化装置反应再生系统催化剂管线操作温度达 650℃ 以上，为满足操作要求，有关阀门厂合作研制开发了耐高温的闸阀，绝大多数使用效果良好，但也有一些没有达到设计要求。
蝶阀由于结构简单，体积小、重量轻、压力降小、具有较好的流量控制特性而越来越受到用户的欢迎，特别是对于大口径管道上的闸阀重量太大，将会被蝶阀所取代。
催化裂化装置主风机出口管线上的阀门过去选用普通闸阀，由于体积大，重量大，结构尺寸长，给设计施工和操作带来了不少困难，近年来选用蝶阀代替闸阀取得了很好的效果。目前所选用的蝶阀使用温度大于 200℃，公称直径在 DN450~1000 刃之间，由于对其制造精度和质量的要求比较高，还有许多有待改进之处。
该管线上的止回阀要求启闭件行程短、冲击力小，而关闭力适当的大，由于该管线直径比较大，对冲击力的要求更严格，这就要求使用带缓冲装置的止回阀，减小冲击力，同时还要求结构尺寸小、重量轻，便于设计、施工、检修、操作。
近年来，国内中东原油的加工量逐渐增多，对抗硫阀的需求量增大，特别是高温高压下的抗硫阀（1500 磅，2500 磅）目前国内尚不能真正满足要求，需花大量的外汇进口，即使这样也不能完全解决正常维修时需要的阀门。
4 几点想法和建议
石化企业是阀门的主要用户之一，使用量约占阀门总产量的 40~50%，而阀门的质量在一定程度上制约着其广泛的应用，有些从国外进口的阀门并非国内没有此类产品，主要是在产品质量、产品供货能力、售前及售后服务等方而还有一定差距。为使通用阀门满足石化行业所需，下而针对阀门的制造和使用提出几点建议供参考。
（l）强化工序管理，提高设计、制造、检验和装配水平，保证标准、规范、制造工艺能得到严格执行。
总结好的经验，加强设计力量，在阀门的设计上下功夫，使阀门结构更趋于合理；强调质量管理，完善加工和装配工艺，从整体上提高阀门技术水平和质量水平，只有这样才能使阀门真正满足石化行业的需求。
要解决阀门使用中遇到的实际问题。比如，要求安全阀在紧急状态时能够迅速起跳并可及时复位，而目前有些安全阀起跳滞后，不能及时复位，而且还要人工对其进行调整，让其复位，这样大大增加了安全隐患。希望有关阀门厂致力于解决这个问题，把国产安全阀的技术水平提上去，减少进口数量。
（2）根据用户的使用要求（如介质状况、温度及压力条件等），按照标准规定，合理的选择阀体、阀杆、密封副、填料、垫片、支架、中法兰螺栓等材料，并据此制定有效的工艺管理体系，在关键工序中建立质量控制点，把工艺管理、制造水准提高到能够生产出高质量产品的水平上。
（3）强化验收入库管理，做到不符合标准规定的零部件不入库，不流入下一道工序，对外购件和外协件（如铸件、填料、垫片、螺栓等）加强管理和检验。
（4）在合同没有规定特殊要求的情况下，应根据标准规定严格执行。如按照石化行业常用的 API600、API602、API6D、SH3064-94《石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收》的规定，结合石化企业特点进行阀门的设计、制造和检验。根据这些特殊阀门的特点（如催化装置临界流速喷嘴出口管道上的耐磨阀、加氢裂化装置反应产物管道上的阀门以及 SHA 级管道用阀门等），阀门厂制定相应的生产工艺、质量管理体系，从制造及管理上就区别于一般通用阀门。
（5）广泛加强信息交流，加强供需双方的相互了解，使产品生产对路。建议阀门厂与石化行业的设计、施工及建设单位共同进行技术合作，就目前阀门的生产技术、管理、标准等共同性的问题进行探讨，提出改进的措施，从而提高阀门的产品质量：
（6）阀门厂与用户应协调统一检验、试压标准。目前不少阀门试压争执问题往往发生在阀门厂和用户的试压条件（如设备、试压介质、保压时间）、试压项目（如气密、上密封）不完全相同，因而各说其理，无法用统一的标准衡量。JB/T9092 《阀门的检验与试验》第 7.2 条规定“如果订货合同没有规定由需方进行再试验时，已试验过的阀门就不必进行再试验。……”也就是说，当需方要求进行再试验时，双方应在合同中明确规定试验标准、试验方法、试验介质等条件，而且应与在制造厂进行的试验要求相一致。
提高阀门质量是一项系统工程，需要有关的设计、制造和用户单位通力合作，改进已有产品，开发研制新产品，为我国石化工业的发展做出贡献。