1 概 述

      高壓加氫工藝是石油深加工的一個(gè)重要手段，它不僅能提高單位原油的輕油收回率。而且能提高燃料油的質(zhì)量，從而提高煉油廠的整體效益。高壓加氫裝置還能為石油化工裝置提供優(yōu)質(zhì)的原料，也是油品脫硫的理想裝置。我國(guó)從 90 年代開(kāi)始了高壓加氫裝置的建設(shè)，預(yù)計(jì)今后的幾年中，隨著我國(guó)煉外油量的逐年增多，高壓加氫裝置的建設(shè)仍將是石化行業(yè)的一大熱點(diǎn)，各大石化企業(yè)也都想藉此提高其煉油的水平和能力，以迎接加入 WTO 的挑戰(zhàn)。

      2 工況條件

      高壓加氫裝置的介質(zhì)環(huán)境有 2 個(gè)突出的特點(diǎn)，即高壓和臨氫（并伴隨硫化氫）操作。

      高壓操作不僅僅是因?yàn)槠洳僮鲏毫Ω撸ㄒ话銥?14-20 MPa），而且還在于其介質(zhì)為易燃易爆的高壓氣體（氫氣或油氣+氫氣）。高壓氣體儲(chǔ)存了較大的壓力能．一旦其儲(chǔ)輸設(shè)備（包括管道閥門(mén)）損壞，引起的事故將是災(zāi)難性的。

      臨氫并伴隨硫化氫操作。表明了對(duì)儲(chǔ)輸設(shè)備材料的苛刻要求。氫氣是一種能滲透到金屬材料內(nèi)部并在常溫或高溫下引起材料變性（惡化）的介質(zhì)，常溫下能引起金屬材料的脆化和變形等，高溫下能導(dǎo)致金屬材料內(nèi)部和外部脫碳。硫化氫對(duì)金屬材料的腐蝕也是一個(gè)十分棘手的問(wèn)題，常溫下它能引起許多金屬材料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，高溫下它能引起金屬材料的快速均勻腐蝕。所有的這些特點(diǎn)都對(duì)高壓加氫閥門(mén)的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)等提出了嚴(yán)格的要求。

      3 需求情況

      高壓加氫裝置中的閥門(mén)，既有臨氫條件，又有非臨氫條件，既有高壓條件，又有非高壓條件。本文僅討論高壓臨氫條件下應(yīng)用的閥門(mén)，這類(lèi)閥門(mén)雖然數(shù)量不多，但其價(jià)格卻占有較大的比例。此類(lèi)閥門(mén)有閘閥、截止閥、止回閥、球閻和旋塞閥，壓力等級(jí)為 ASME 的 CL900~2500，溫度為常溫至 400℃，主體材料有 ASTMA105、A182—F11/F22/F321、A216—WCB、A217—WC6／WC9、A351—CF8C，閥門(mén)直徑為 DN15-400 mm。這些閥門(mén)的功能與普通閥門(mén)相同，但國(guó)內(nèi)目前尚不具備成套供應(yīng)的能力，主要原因在于閥門(mén)制造廠與用戶（尤其是工程設(shè)計(jì)部門(mén)）溝通聯(lián)系不夠，不了解閥門(mén)的使用條件和要求，缺少一套與介質(zhì)條件相適應(yīng)的技術(shù)文件、模具和圖紙等，而且缺步工業(yè)化批量生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。

      開(kāi)發(fā)高壓加氫裝置中的閥門(mén)，不僅能降低閥門(mén)價(jià)格。而且可減少供貨周期，方便補(bǔ)充訂貨，同時(shí)又能推動(dòng)閥門(mén)行業(yè)的發(fā)展。事實(shí)上，我國(guó)目前一些閥門(mén)制造廠已具備生產(chǎn)高壓加氫閥門(mén)的能力和條件，而且在加氫精制裝置（操作壓力 8~10 MPa）上已有成功的應(yīng)用。

      性能良好的閥門(mén)，其設(shè)計(jì)、制造、檢查試驗(yàn)及質(zhì)量控制等各個(gè)方面和各個(gè)環(huán)節(jié)都做的比較好。本文以其中的幾個(gè)主要問(wèn)題（包括閥門(mén)的內(nèi)漏、外潺、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、材料、檢查試驗(yàn)及質(zhì)量控制），結(jié)合高壓加氡裝置的介質(zhì)條件進(jìn)行探討。

      4 內(nèi)漏和外漏的控制

      閥門(mén)內(nèi)漏和外漏控制的好壞是反映閥門(mén)品質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，制造廠均采取各種措施以盡量減少閥門(mén)的內(nèi)漏和外漏。油品和氫氣的外漏和內(nèi)漏不僅會(huì)污染環(huán)境，還易引起火災(zāi)或爆炸。閥門(mén)的內(nèi)漏主要發(fā)生在閘板處，外漏主要發(fā)生在閥桿填料和閥蓋墊片處，故要獲得良好的密封性能就要從這 3 處著手。

      4.1 填料密封外漏

      對(duì) DN ≥ 50mm 的閘閥和截止閥，在閥桿密封處采用柔性石墨環(huán)和柔性石墨編織填料是國(guó)外翻造廠的普遍做法。其中填料的最上圈和最下圈采用柔性石墨編織環(huán)，以利用其強(qiáng)度較高（與模壓石墨環(huán)相比）的特點(diǎn)阻止石墨被擠入閥腔或閻外，中間則采用模壓石墨環(huán)（有時(shí)也在中間適當(dāng)?shù)奈恢迷鲈O(shè)編織環(huán)）。由于柔性石墨的流動(dòng)性好，有減磨性，同時(shí)石墨還具有良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，因此用它作為填料既可獲得良好的密封，又可減少對(duì)閥桿的磨損。對(duì)于填料函尺寸較小的球閥、旋塞閥和小口徑的閘閥和截止閥，則僅用柔性石墨編織填料即可。

      填料在裝填過(guò)程中進(jìn)行預(yù)壓縮也是保證良好密封（尤其是長(zhǎng)期良好密封）的措旋之一。國(guó)內(nèi)的閥門(mén)在填料裝填過(guò)程中大多數(shù)僅限于壓實(shí)填料，故其密封性隨應(yīng)用時(shí)間增長(zhǎng)而變差。國(guó)外某些閻門(mén)產(chǎn)品在填料裝填過(guò)程中采用了 28 MPa 的預(yù)壓力，且設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的預(yù)壓縮工具，因此它能維持較長(zhǎng)時(shí)間的良好密封。當(dāng)然，填料的預(yù)壓力太大，將增加對(duì)閥桿的磨損，增加閥門(mén)的開(kāi)啟力，因此此時(shí)應(yīng)在填料選擇和閥桿表面處理上進(jìn)行改進(jìn)。采用以柔性石墨環(huán)為主的填料可減少閥桿的磨損，同時(shí)也可降低閥門(mén)的開(kāi)啟扭矩。

      還有一些閥門(mén)在填料壓蓋處采用了“活載”結(jié)構(gòu)。即在填料壓蓋的螺栓上增設(shè)碟簧，使填料壓蓋始終作用于填料上較大的壓力，從而可防止因壓蓋螵栓松弛或填料松弛而造成的外漏。

      4.2 墊片密封外漏

      對(duì) DN ≥ 50mm 的閘閥、截止閥和止回閥，可采用壓力密封閥蓋。而對(duì)于球閥、旋塞閥（多為下閥蓋）和 DN ≤ 40mm 的閘闊、截止閥和止回閥，一般采用法蘭連接閥蓋。壓力密封闊蓋的密封有 2 處，其一為閾蓋與環(huán)墊片（圖 1）的接觸處，其二為環(huán)墊片與閥體的接觸處。國(guó)外的一些閥門(mén)產(chǎn)品，將環(huán)墊片與閥蓋的接觸面設(shè)計(jì)成變角度圓弧過(guò)渡面，使它與閥蓋的密封為線密封，從而顯著提高了其嚴(yán)密性，但它增加了環(huán)墊片的加工難度。還有將環(huán)墊片表面及相應(yīng)的閥體密封面鍍上一層銀，因?yàn)殂y的塑性較好，容易填充密封面上的微觀孔隙，因此大大提高了閥蓋墊片處的密封性能。