蓄热式热氧化炉换向阀泄漏分析

□ 闫俊杰 □ 吴慧军

中国石化催化剂有限公司长岭分公司 湖南岳阳 414009

1 现场情况

近年来,随着国家经济的快速发展,我国对工业“三废”的排放标准越来越严。过去人们比较关注废水、废渣的排放,随着人民对美好生活的要求越来越高,国家对工业废气中挥发性有机物的排放也提出了严格的要求。蓄热式热氧化炉系统具有净化效率高、挥发性有机物组分适用性强、热回收效率高、运行稳定性好等优点,在石油化工等行业中的应用越来越广泛。

劣质渣油催化临氢热转化催化剂生产过程中会产生一氧化碳废气。一氧化碳废气具有易燃易爆、爆炸极限范围宽、有毒有害等特点。一氧化碳废气的分子量与空气相当,简单地高空排放,将对周边环境造成较大的危害,如果不集中收集妥善处理,极易发生安全事故。改造后的劣质渣油催化临氢热转化催化剂装置采用蓄热式热氧化炉,将一氧化碳废气充分燃烧生成二氧化碳,二氧化碳气体无毒无害,可直接排放。由于一氧化碳废气的爆炸极限范围较宽,如泄漏超限,极易造成爆炸,因此必须确保蓄热式热氧化炉系统零泄漏,这样才能确保设备安全平稳运行。

蓄热式热氧化炉系统运行初期,六个换向阀均存在泄漏情况,现场一氧化碳报警器报警值达100 μmol/mol,存在严重安全隐患。

2 处理流程

蓄热式热氧化炉系统主要由燃烧室、蜂窝陶瓷蓄热体、燃烧器、换向阀、压缩空气系统、燃气及助燃系统、可编程序控制器等组成。

蓄热式热氧化炉系统在输入一氧化碳废气前,先将进气室预热,一氧化碳废气通过进气室预热后,再输入燃烧室进行高温燃烧,燃烧室使用天然气作为燃料,燃烧温度通常维持在750～850 ℃的高温状态,一氧化碳废气氧化燃烧分解为二氧化碳和水,同时释放出大量的热量,高温气体经排气室与蜂窝陶瓷进行热量交换,达到蓄热的目的,当蜂窝陶瓷蓄热达到一定温度时,系统自动切换,排气室转变为进气室,常温下的一氧化碳废气通过进气室的高温蜂窝陶瓷迅速升温,从而使燃烧室维持设定温度所消耗的燃料能耗为最低。

三室蓄热式热氧化炉系统共有六个换向阀,在炉底两两成对,分组布置。这三组换向阀对应于蓄热式热氧化炉的三个蓄热器,它们按一定顺序打开和关闭,以引导烟气通过蓄热器和燃烧室,并最终排入大气。

蓄热式热氧化炉系统处理一氧化碳废气的工艺流程如图1所示。

图1 蓄热式热氧化炉系统处理一氧化碳废气工艺流程

3 换向阀泄漏问题

蓄热式热氧化炉系统首次投用输入一氧化碳时,现场的一氧化碳报警器即报警,报警值为100 μmol/mol,达到了报警器的上限值。出于安全考虑,停炉对阀杆采用喷肥皂水的方法进行泄漏检查。通过检查,确定六个换向阀阀杆处存在泄漏情况。

确定泄漏点后,联系设备厂家对阀门进行了检修,更换了阀杆填料。检修完后对六个换向阀再次进行了泄漏检查,发现阀杆处仍然泄漏。鉴于以上情况,对换向阀进行了解体检查,发现换向阀的设计存在缺陷。

换向阀主要由气缸、阀杆、阀体、平面阀板等组成,如图2所示。阀杆在往复运动中对密封填料造成磨损,使一氧化碳废气通过填料缝隙处直接泄漏到大气中,该种泄漏存在较大安全环保隐患,是必须杜绝的。

图2 换向阀结构

4 原因分析

检查发现换向阀共有两个漏点,分别为阀杆处和阀门填料压盖周边,换向阀泄漏点如图3所示。

(1) 填料函与换向阀盖板之间密封问题。换向阀内部泄漏点如图4所示。从换向阀解体后内部结

图3 换向阀泄漏点

构来看,换向阀存在四处密封点,任何一个密封点密封不严,都会导致一氧化碳废气外漏。密封点1为换向阀盖板与阀体之间的密封面,通过硅橡胶垫片密封。密封点2为填料函与换向阀盖板之间,该点无密封。密封点3为填料与阀杆之间密封,该点通过石墨盘根密封。密封点4为填料挡板与填料之间密封,该点通过石墨盘根密封。从内部结构可以看出,密封点2未进行密封是造成换向阀外漏的主要原因。

图4 换向阀内部泄漏点

(2) 填料压板设计存在的问题。原换向阀填料压板为3 mm厚不锈钢板,材质为304,通过断续焊焊接在填料函上,该结构存在两个问题。

第一,填料压板无法起到压紧填料的作用。当填料磨损,阀杆出现轻微泄漏时,无法通过压紧填料的方法来消除泄漏情况。

第二,更换填料难度较大。原结构每次更换填料时需要用手动砂轮将填料压板上的焊点割除,更换完填料后,要用电焊将填料压板重新焊接在填料函上,每次更换填料难度较大。焊接过程属于明火作业,当换向阀内部存在未排放完的一氧化碳废气时,极易发生爆炸,存在较大安全隐患。

综合以上分析,换向阀结构设计存在问题是泄漏的主要原因。

5 解决措施

对于填料函与换向阀盖板之间密封问题,采用焊接的方法将该密封点满焊。焊接采用氩弧焊,焊丝采用308焊丝,焊接后采用超声波探伤,探伤合格后回装。

对填料压板改造,重新加工一个15 mm厚填料压板,尺寸与原填料压板相同。新加工的填料压板与填料函配钻M14螺孔,通过螺栓将填料压板固定在填料函上。填料函通过断续焊焊接在换向阀盖板上,解决了每次更换填料难度较大,并且存在安全隐患的问题。改造后填料压板如图5所示。

图5 改造后填料压板

6 结束语

通过改造蓄热式热氧化炉系统换向阀的结构,彻底解决了换向阀阀杆泄漏问题,提高了阀门的密封性能,将一氧化碳气体输入蓄热式热氧化炉系统后,未再出现一氧化碳报警器报警问题,系统运行安全平稳,尾气达标排放,解决了一氧化碳气体泄漏存在的安全隐患,能够满足安全环保要求。

改造后的填料压板方便更换填料,实现了通过紧固压板来压紧填料的目的。

笔者通过蓄热式热氧化炉系统换向阀的结构进行改造,为蓄热式热氧化炉系统换向阀的合理设计提供了参考思路。