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【学术前沿】加氢装置关键调节阀的选型

来源：世展网分类：泵阀门行业资讯 2024-02-29 17:03 阅读：7765

2025年第十七届上海化工泵阀及管道展览会CPVF

2025-06-05-06-07

距离39天

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出品 |《阀门》期刊作者 | 吴忠仪表有限责任公司：罗先念

概述 ●

随着环保法规对涉及硫、重金属和多环芳烃等污染的收紧，加氢在炼油业中已成为一个被广泛采用的流程。加氢处理过程是从油品中除去具有污染性质的杂质成分（如硫、氮、重金属等），并通过在加热的催化剂床中与氢气的选择性反应将重质原料转化成较轻组分的过程，具有良好的经济效应。我国已建成多套加氢装置，但由于高压加氢装置中高压差调节阀工作性能的好坏直接影响装置的安全运行，对阀门的安全性和可靠性有极高的要求，从引进加氢工艺开始，装置中高压差类调节阀基本被Masoneilan、Fisher等国外知名品牌所垄断，尤其体现在渣油加氢装置上，国内基本没有参与竞标的机会。近十年，随着国产化步伐的迈进，国内也逐步攻克了加氢装置关键阀门的技术，并实现了进口产品的替代。加氢装置中有几个关键位置用调节阀，应用在液体介质的大压降工况，属于易损阀门，其中最典型的当属热高分液位调节阀。以渣油加氢装置为例，阀门工作在高温（400 ℃以上）、高压差（13 MPa以上）条件下，同时还要兼顾闪蒸、气蚀、冲刷、腐蚀等破坏，运行条件相当苛刻。阀门在设计之初要进行准确的计算，尤其是在流通能力方面，如果计算不合理，过小的流通能力不能满足装置需求，使气液不能完全分离；过大的流通能力会导致阀门在小开度下运行，易发生故障或损坏，无法满足装置的长周期运行。

加氢装置关键位置用调节阀 ●首先，要了解加氢装置的工艺流程，原料油进入原料油缓冲罐中，经原料油泵升压，换热后进入进料加热器升温。新氢进入补充氢压缩机升压后，先与来自循环氢压缩机的循环氢混合，再和升压、升温后的原料油混合进入主反应器，在反应器中进行加氢脱硫、脱氮、烯烃饱和、芳烃开环饱和等反应。反应产物从反应器底部流出，换热后在高压分离器中经过气、液分离，底部流出的热高分液经液位调节阀减压后进入产品分馏塔（或进入热低分进一步分离）。顶部的热高分气经冷却器冷却后，进入冷高压分离器进行气、油、水三相分离，水相至酸性水闪蒸罐装置处理。顶部的冷高分气（循环氢）从底部逆向进入循环氢胺洗塔脱硫后再由循环氢压缩机升压，返回反应系统。详细的工艺流程如图1所示，图中标示了加氢装置中关键位置用调节阀，下面将详细介绍各阀门的重要作用。

图1 加氢装置工艺流程图

（1）热高压分离器液位调节阀位于热高压分离器底部的液位调节阀是加氢装置中的核心关键部件之一。经反应器反应的流出物经过换热器到达热高压分离器，在这里富氢气体被闪蒸掉，下部的液体、部分催化剂以及杂质颗粒经过热高压分离器液位调节阀减压后送入中压系统或分馏部分，该阀门的作用是维持高压分离器中的介质储量以确保适当液体和气体产品的分离，如果阀门出现异常，会导致分离效果不好、循环氢带油、高压串低压等现象，对装置生产影响很大，甚至发生重大事故。由于介质中硫化氢对阀门的化学腐蚀，加之多种成分的油品介质气蚀造成的破坏与催化剂颗粒严重的磨损，该阀门面临着加氢装置中最为严酷的工况。（2）冷高压分离器液位调节阀冷高压分离器液位调节阀在加氢装置中十分重要，其作用与热高压分离器液位调节阀类似，主要调节冷高压分离器的液位，若该阀调节性能不好，液位过高会使循环氢带液，损坏下游设备，液位过低易发生高压串低压事故。更重要的是冷高压分离器液位调节阀通过调节冷高压分离器的液位来控制压力，而该压力是加氢装置反应系统压力的基准点，因此，冷高分液位调节阀对整个装置平稳操作、安全运行起着极为关键的作用。（3）原料油增压泵出口再循环阀原料油增压泵出口再循环阀（也称最小流量阀）安装于泵的出口，用于防止增压泵在低于负荷运行时，由于过热、严重噪声、不稳定和气蚀而引起的损坏，能使增压泵在低负荷运行时有少量介质再循环，保证泵的最小流量，维持泵的平稳工作。该阀门最主要的功能特点是满足在大压差工况下的稳定运行。（4）富胺液液位调节阀循环氢胺洗塔塔底的富胺液吸收了大量的硫化氢，在经过液位调节阀降压时会有部分硫化氢析出膨胀，硫化氢在高压环境下会给阀门造成腐蚀破坏，且大压差工况存在严重闪蒸、空化和气蚀问题，对阀门造成严重损伤。当富胺液液位调节阀出现故障时，循环氢脱硫塔液位则无法控制，液位过高冷高分油气冒顶进入下游设备及循环氢压缩机，造成设备损坏；液位过低易脱空使高压气体串压损坏低压设备，因此该阀门对加氢装置也极为关键。（5）贫胺液增压泵出口再循环阀贫胺液增加泵出口再循环阀与原料油增加泵出口再循环阀的功能相同，都是保证泵的稳定运行，在此不多做赘述。（6）酸性水进闪蒸罐液位调节阀该阀门的主要作用也是液位调节，功能特点与液位调节阀类似，但与上述描述的液位调节阀不同之处在于该阀门调节的介质为酸性水，在大压降工况下酸性水极易产生气蚀损坏，且伴随着较为严重的腐蚀，所以该阀门选型时要特别强调阀门材料的选择。不同油品加氢装置的原理有相似之处，但工艺参数有很大不同，尤其以渣油加氢为代表工况的阀门工作环境最为严酷，对阀门的要求也很高。表1以某渣油加氢装置为例，列举了装置中关键位置阀门的运行参数。

表1 某加氢装置各关键调节阀的运行参数

调节阀选型的一般要求 ●3.1 热高压分离器液位调节阀的选型要求3.1.1 材料选型（1）承压壳体阀门工作在高温、高压条件下，同时还要兼顾高温临氢、硫化氢腐蚀等，所以阀门的承压壳体（包括阀体、上阀盖等）材质一般选择A351-CF8C铸件不锈钢或A182-F347、A182-F321锻件不锈钢，此类材料具有较好的抗高温氢腐蚀、硫化氢腐蚀性能。（2）关键阀内件对于多级减压结构的阀门，如Masoneilan公司的77000、78400系列结构，阀芯、阀芯套的材质可选用ASTM B637 N07718，在满足NACE MR0103要求的前提下，其热处理硬度可以达到HRC 35～40，具有较好的抗冲刷性能和耐蚀性能，是较为理想的阀内件材料，阀座可选择347堆焊司太莱合金的方式。对于单座结构的阀门，一般用在工况最为严酷的浆态床渣油加氢装置，因油品的含固量较高，考虑阀门的防堵性能，优先采用单座结构，如Masoneilan公司的74000系列结构，介质的高含固量导致阀内件冲刷严重，ASTM B637 N07718已不能满足阀门的运行要求，所以阀芯、阀座等控压件建议选择粘结剂为镍基的实体碳化钨，对具体的成型方式、孔隙率、密度等都需特殊规定，才能保证阀门的长周期运行。阀杆材质可以选择ASTM A276-347、A479-XM-19或B637 N07718等，要具有较好的机械强度和韧性，以克服阀门高频振动带来的影响，需要强调的是，当阀杆材质选择ASTM B637 N07718时，热处理硬度达到HRC 26左右为宜，不能太硬，否则有断裂的风险。（3）密封件主要包括防止介质外漏的密封垫片和填料。对于阀门密封垫片，大多数阀门生产厂家优先选择金属带材质为0Cr18Ni10Ti的石墨缠绕垫，原因是制作简单、成本低，且具有良好的密封性能。对于特别严酷工况的阀门，可以选择金属环形垫，如HTMS公司的CSI系列金属密封环，可以较好的补偿高温变形带来的影响。对于阀杆密封填料，由于高温油品的渗透性极强，一般的石墨填料很难满足密封要求，需采用石墨、碳纤维和特殊端环组合填料，现在国内的供货厂商都有较为成熟的产品提供，可以满足高温油品工况的使用要求。3.1.2 结构的特殊要求对于不同类型的油品加氢装置，阀门的减压结构可以选择立体迷宫型、串式凹口型、圣诞树型和文丘里型[12]，但由于热高分底部流出物含有大量的催化剂、过程铁锈等固体颗粒和易热缩合烃类[13,14]，如果阀门发生堵塞，是非常严重的安全事故。根据阀门设计工作者长期的设计经验，当阀门内部多级减压流道的最小节流处孔径不低于6 mm时，便不会发生堵塞，这是一条可以借鉴的宝贵经验，由于热高分工况的复杂性，其具体原因目前为止还不得而知，但对于工艺参数低于重质油加氢的阀门都是通用的，所以在阀门选型时，有必要对设计工作者加以提醒。3.1.3 泄漏等级阀门的泄漏等级应满足ANSI/FCI 70-2 V级的泄漏量要求，因为阀门关闭时面临着较高的关闭压差，如果介质泄漏量过大，会对阀门密封面造成严重损坏，不利于阀门的密封性能。3.2 其他关键位置调节阀选型要求（1）符合NACE MR0103的要求随着国内炼油厂大量使用国外进口高硫原料油，装置在硫化氢环境下应力腐蚀问题已成为重要安全隐患，所以加氢装置上的各关键位置阀门需满足NACE MR0103标准，要求材料具有优异的耐腐蚀性能和耐应力腐蚀性能，能够适用于含有酸性气体、硫化物和氯化物等的高腐蚀环境。（2）材料选型原料油增压泵出口再循环阀调节介质为混合原料油，温度低且腐蚀有限，阀门壳体材料选用碳钢。冷高压分离器之后的所有调节阀，其原料为碳氢化合物的冷凝介质和凝结水，除富胺液液位调节阀因含硫量较高而选用不锈钢外，其余阀门所选壳体材料一般为碳钢或低合金钢。因阀门材料需满足NACE MR0103的要求，为保证阀门较长使用寿命，建议阀内件材料选用ASTM B637 N07718，使热处理硬度达到HRC 35～40，以保障阀门的抗气蚀能力。（3）备用阀门加氢装置关键位置一般设计两条线路，所以调节阀也配备两台，因为在高压差工况下，阀门极易损坏，为保证装置的长周期运行，正常运行阀门损坏时备用阀门开启，损坏阀门下线维修后作为备用阀门，通常是一开一备，轮换使用。当然，在一些工况特别严酷的装置上，热高分液位调节有可能配备三条甚至四条管路，如悬浮床渣油加氢装置和煤直接液化加氢装置，这些阀门的工况参数一模一样，所以选型时的配置也完全一致。

*本文节选自《阀门 · 学术版》2024年第1期，文章内容不代表《阀门》立场，如有不同观点，可以留言讨论，友好交流，共同进步。

END

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