乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障分析及對策

韓巍

摘要：乙烯裂解裝置工藝復雜，乙烯裂解爐上的彈簧式蒸汽安全閥為處于高溫、高壓等惡劣工況的整個裝置提供了超壓保護，保證生產的順利進行。為了進一步保證乙烯裂解爐蒸汽的正常工作，本文對線上蒸汽安全閥故障原因進行了深入的研究，同時提出了相應的解決對策，希望能促進我國石油化工生產行業的健康發展。

關鍵詞：乙烯；蒸汽安全閥；裂解；故障分析

一、乙烯裂解爐概述

乙烯是石油化工生產必不可少的原料，對乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障進行研究，提升乙烯裝置的工作效率對提升整個石化企業的競爭力具有重要的意義。乙烯裂解爐是乙烯裝置運行的前提。原料通過此裝置使用高溫裂解工藝加工為產品，再進行分離、凈化。要提高乙烯裝置的經濟效益，就要降低原料在裂解爐的損耗量的同時，提高燃料的熱利用率。乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障不僅使影響生產速度，還會降低原料的利用率，給石油化工生產造成嚴重的損失。

二、造成乙烯裂解爐蒸汽安全閥故障的原因

（一）調校方面

調校是引起安全閥上線后泄漏的重要影響因素之一，主要是因為在調校的時候忽略了冷態試驗差壓力與整定壓力的差異。API52定義冷態試驗差壓力需要在試驗臺上將泄壓閥調整至開啟時的壓力狀態，冷態試驗差壓力的確定需要包括對使用條件下背壓或溫度或兩者的修正，最大程度縮小試驗臺整定壓力與上線后實際開啟壓力的差距。首先，乙烯裂解爐工藝管道處于高溫狀態，在高溫下下回引起閥桿、閥蓋等部件熱膨脹，彈簧的剛度也會隨之下降等影響開啟壓力，所以當切換至冷態調試整定壓力時要進行適當的修正；其次，高溫狀態下彈簧除了會發生通常的蠕變和松弛外，同時受分子熱運動的影響，造成原子間的間距加大，原子間結合力下降，材料彈性模量E和切變模量G數值下降；最后，當溫度升高至100℃，E和G數值會下降3%～5%，而彈簧剛度同材料的彈性模量和切變模量成正比關系，所以就算彈簧的幾何尺寸不變，彈簧剛度也會發生相應變化。因此，如果在出廠定壓或者校驗時整定壓力未得到修正，上線后在高溫的狀態下會出現整定壓力降低，安全閥泄漏的情況。

（二）設計加工方面

結構設計不合理也會引起安全閥故障。若閥瓣結構不合理，在高溫狀態下下，溫度不平衡會造成閥瓣密封面變形不均勻，密封性下降，出現泄漏現象。首先，在泄漏嚴重的情況下，會造成高溫蒸汽介質腐蝕安全閥密封面，受力面積擴大，升力變大，嚴重的情況甚至會出現安全閥提前起跳的情況；其次，如果閥門加工精度不符合要求，閥門中性不好，使密封面上受力不均，一定程度上也會影響閥門的性能；最后當閥門對中性不好時，閥門密封面上的受力不均勻，密封面局部密封力達不到整個面積上平均值，在密封力較低，就容易出現泄漏的現象。

（三）在線工藝管理方面

安全閥上線運行后，管線壓力是不斷變化的，由于工藝過程中會出現壓力波動現象，如果壓力波動最大值超過安全閥密封壓力時，就容易造成安全閥泄漏的情況。

三、安全閥故障解決對策

（一）調校方面

在高溫、高壓環境下工作，需要事先對乙烯裂解爐蒸汽安全閥進行調試，對溫度及背壓值進行修正，計算壓差并乘以溫度修正系數，從而通過冷態試驗差壓力計算公式：Pcd=（Ps-Pb）（1+I/100），計算冷態試驗差壓力，Pcd代表冷態試驗差壓力，Ps代表整定壓力，Pb代表恒定的附加背壓，單位為MPa；I代表溫度修正系數，單位為℃，不同制造廠家對對安全閥整定壓力修正值的修正是有所差別的，因此，還可對線上安全閥進行在線校驗，進一步確定安全閥的在線真實起跳壓力。彈簧式安全閥的開啟、關閉動作由其進口端的介質壓力變化和彈簧預緊力共同完成的。首先，當介質壓力升高到一定程度，使提升力大于彈簧預緊力時，閥芯克服彈簧預緊力自動開啟，泄放多余的介質，達到降壓的目的；其次，在彈簧力的作用下，壓力達到安全值時，閥芯自動關閉，停止泄放。

（二）設計加工方面

如（圖1）所示：傳統的蒸汽安全閥的閥瓣為剛性閥瓣，密封面為環狀凸臺，滿意滿足高溫、高壓蒸汽介質的密封性能要求，主要原因在于：第一，密封面內外之間存在溫度差異，溫度分布不均勻導致密封凸臺產生彎曲翹起而出現泄漏的狀況；第二由于密封比壓小，密封面上難以提供額外的補償壓力而發生泄漏，當密封面出現泄漏的情況，整個密封面就會受到高溫蒸汽的沖蝕，導致蒸汽安全閥密封嚴重失效。

為解決乙烯裂解爐所處的高溫、高壓蒸汽容易出現的故障，可以將傳統的剛性安全閥的閥瓣設計為如圖2所示的彈性熱閥瓣結構。

首先，彈性熱閥瓣是蒸汽安全閥維持高溫、高壓密封狀態的核心零件。這種特殊的密封唇結構能夠加強介質力的輔助密封作用，加大密封比壓，彈性設計使其起到密封補償作用，使閥瓣密封面與閥座密封面在開啟之前始終緊密貼合；其次，凹陷的閥瓣結構能使密封面上溫度分布更為均勻，降低密封面變形的幾率，防止泄漏現場的產生；最后，選用耐沖蝕性好的高強度航天用合金材料作為閥瓣的材料，進一步保證安全閥在高溫、高壓下的密封效果。該乙烯裂解爐安全閥彈性熱閥瓣密封唇部分的溫度分布十分均勻，密封副部分溫度穩定，有效的解決了因溫度分布不均而引起密封面彎曲翹曲起導致密封失效的情況。因此，在蒸汽安全閥的制造方面，應當確保加工質量，從源頭保證安全閥性能。

（三）在線工藝管理方面

當工作壓力與安全閥的整定壓力差異不大時，要減小工作壓力的浮動，否則壓力浮動過大會影響安全閥密封性。同時，為了防止工作介質中的硬質雜質在安全閥正常開啟回座時對密封面造成傷害，所以保證工作介質的清潔。

四、結束語

在高溫、高壓的復雜環境下，乙烯裂解裝置安全閥在線容易出現泄漏以及提前開啟等情況，因此，要進一步完善裝置的調試、設計制造以及在線使用工藝管理等方面。除此之外，還要加強企業的管理水平，定期對員工進行相關技能的培訓，提高工作人員對設備的了解，避免因操作不規范給設備造成不必要的影響，同時，提高工作人員對安全閥故障的認識，當出現故障時能夠及時采取正確的措施，降低安全閥故障引起的經濟損失。

參考文獻：

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