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关于尿素装置中部分调节阀的技术改造

目前,中国石油宁夏石化公司有2套大型合成氨装置和2套大型尿素装置,共有参与控制的自动调节阀1200余台。自动调节阀运行是否稳定是制约装置安全稳定运行的重要因素,尤其是尿素装置高温、高压、易结晶等原因,导致调节阀经常出现故障,寿命缩短,检修频繁,影响装置稳定运行。为确保装置安稳运行,消除制约长周期运行的瓶颈,结合工艺状况和调节阀的实际使用情况进行技术攻关和技术改造,收到了较好的效果。

1 一尿素汽提塔液位控制阀

一化肥尿素装置汽提塔液位控制阀的应用环境是高温、大压差、易结晶,由于环境的恶劣导致阀杆易断裂,填料易泄漏,自装置投产以来,多次出现故障,引起装置停车。通过对工艺状况和调节阀结构进行分析,认为引起故障的主要原因为:

①阀杆悬空太长,当阀芯端受到严重的不平衡力时,阀杆易折断或弯曲;

②导向套配合过紧,易从填料底部的阀杆与导向套配合部位断裂;

③阀腔内气蚀现象严重,未经特殊处理的阀杆、阀芯易被损坏。

为解决存在的问题,采用以下技术改造:

①制作了一个由4根均匀分布的加强筋为支撑的圆柱体,镶嵌在阀腔体内,让阀芯活动范围限定在圆柱体内,结构如图1所示。

②加粗阀杆,将填料底部的导向金属套内径扩大并加长。

③要求调节阀供应厂对阀杆、阀芯进行渗氮特殊处理。

经改造后的汽提塔液位控制阀,解决了阀杆易断的问题,阀门的寿命也由原来的2~3个月延长到2a多未出现任何故障,直至大检修时才更换内件,达到了改造预期效果,保证了装置长周期,降低了检修成本,提高了效益。

图1 圆柱体示意

2 二尿素三通旋塞阀

二化肥尿素装置造粒系统有9只三通旋塞阀,经常因四氟衬套破裂而内漏,需停止造粒、更换三通旋塞阀衬套,并对大颗粒装置进行清床处理。由于介质为尿液易结晶,清床处理难度较大,再加上环境恶劣,清床时十分辛苦。为延长三通旋塞阀使用寿命,减少检修次数,对三通旋塞阀使用环境和内部结构进行认真分析,认为引起四氟衬套破裂内漏的主要原因为:

①更换衬套时对工件用力不匀易使安装后的衬套变形,阀芯与衬套不能很好的密封;

②阀门动作过程中,由于阀芯开窗孔部位过大,易使衬套被割烂损坏,导致阀门内漏;

③阀体出口管线采用<10mm盘管伴热效果不佳,尿液易结晶,堵塞管道和阀门。

针对以上原因,研究决定进行以下技术改造:

①在检修时间满足的情况下,每次检修三通旋塞阀时,一定做到将阀门整体下线,并用014MPa蒸汽对阀体加热进行衬套更换,在更换衬套时用自制的龙门架在阀体上面用千斤顶匀速加压安装,保证更换后的衬套均匀完好。

②将阀芯原来设计的开孔窗口改为多孔网眼状,避免阀芯转动时衬套被割裂。阀芯改造前后结构形状如图2。

③将阀体后管线由原来的<10mm盘管伴热改为夹套伴热,提高伴热效果。改造后的夹套伴热结构如图3。


图2 阀芯改造前后结构形状示意

图3 改造后的夹套伴热结构示意

3 一尿素二氧化碳压缩机防喘振阀

一化肥尿素装置二氧化碳压缩机防喘振阀是二氧化碳压缩机四段打回流入一段入口的防喘振调节阀,正常生产过程中要求此阀处于完全关闭状态才能保证进入尿素合成系统的CO2量。然而在压缩机刚冲转的过程中,由于机组系统的震动和阀体自身由开启状态至逐渐关闭的过程中所产生的震动等原因,该阀经常出现故障,调节失控、系统停车。造成该阀失控的主要原因有:

①原调节阀膜头弹簧作用力不足,阀门关不到位,容易引起内漏;

②阀杆太细,稍加预紧力就容易弯曲;

③电气阀门定位器固定在膜头上,由于震动容易产生漂移,致使阀门关不到位。

针对以上原因,经过对工艺情况和该阀的安装运行环境进行分析,并与二化肥尿素装置四回一防喘振阀比较,认为与二化肥尿素装置四回一防喘振阀同类型的阀门能满足要求,并选购了1台阀门进行安装试验,完全克服了原调节阀存在的缺陷,保证了阀门关闭时无泄漏,又保证了压缩机跳车时阀门能瞬时打开、不引起压缩机喘振。该阀自更换以来2a多未出现过任何故障,彻底解决了此阀失控的问题。

4 二尿素汽提塔出料阀

二化肥尿素装置汽提塔出料阀为双膜头控制阀,膜头弹簧较长,弹簧支座刚性较差,易变形,再加上该阀是水平安装,弹簧易倒俯,膜头内几个弹簧常无规则地缠绕在一起,将膜片割烂,膜头漏气,阀门失控。为有效地解决这一问题,将弹簧支座由普通钢更换为刚性较好的45#钢材并进行热处理,在弹簧支座部位加工了一支撑工件与支座焊牢,用来固定弹簧,保证了弹簧在膜头内水平放置的状态不易错位、缠绕。

5 其他调节阀

近几年在尿素装置中还进行了其他一些调节阀的技术改造,其中包括一化肥尿素装置蒸汽调节阀的结构更换,解决了因阀腔内产生不平衡力使阀杆旋转易断的问题;一化肥尿素装置合成塔出料阀阀杆加粗措施,解决了原来阀杆易断的问题;一化肥尿素装置造粒控制阀衬套的国产化,解决了衬套依赖进口的问题.