冷壁單動滑閥高溫區內件失效原因與對策

唐信 (中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

滑閥在運行使用的過程中，主要依靠閥芯的滑動，使得流體的出口位置發生改變，進而控制流體的流向，是煉油催化裂化裝置中，發揮控制作用的主要裝備之一?；y包括多種不同形式，其中冷壁滑閥主要以內設耐磨隔熱襯里的方式加以工作，根據閥板的作用形式又可分為冷壁單動滑閥和冷壁雙動滑閥。單動滑閥作用于催化裂化裝置的反應器部位，調節催化劑的流量，避免生產事故發生。

1 冷壁單動滑閥結構特點及應用

冷壁單動滑閥主要包括閥體、閥蓋、導軌、閥桿、閥座圈、節流錐和襯里等結構，其內部結構與熱壁滑閥也基本相同。冷壁單動滑閥的閥體外側的溫度通常較低，一般在350 ℃之內，一般采用鋼材制造而成，成本通常較低。(1)閥體。冷壁滑閥的閥體設計較為便捷，一般外壁溫度較低，且熱膨脹程度較小。在閥體和閥蓋相連接的位置，溫度更低，且密封性良好。閥體結構的尺寸通常較大，且結構較為復雜，其內部通常設有用來提升耐磨性和隔熱的襯里。(2)節流錐。冷壁滑閥節流錐與閥體相連，一般通過焊接方式連接，無底盤設計，根據其不同連接類型，又可分為螺栓連接型、加過渡段型等，但其都具有耐高溫的特點，能夠在高溫環境下向下膨脹，避免對襯里造成影響。(3)閥座圈。閥座圈一般為平板形式，一般采用厚鋼板制造而成，與閥板的襯里層相互作用，形成臺階式分布，以此降低催化劑對閥座圈表面的沖刷影響。(4)導軌。閥座圈小臺階處安裝有導軌，且其接縫處不會受到氣流沖刷影響。通常情況下，導軌與閥口距離較遠，以延長使用期限。(5)閥桿。冷壁單動滑閥的閥桿表面一般采用噴焊硬質合金的方式進行加工，對于閥桿的加工要求較高，精度需求較高。通常噴焊層較厚，且表面較為粗糙，以便運行較長的周期[1]。(6)閥體結構。冷壁單動滑閥的閥體結構一般選擇焊接性較好的材料，以保證制作質量。其外形一般為等徑三通結構，以焊接方式使得滑閥裝置與管道相連。閥體的內外尺寸與管道相同，利用雙層襯里，提高其耐磨性。

滑閥是重要的催化裂化裝置，相較于熱壁滑閥而言，冷壁滑閥的制作過程更為便捷且閥體的耐高溫、耐磨性更強，密封連接效果更好，能夠有效避免泄漏問題出現，是當前所研發和使用的性能更好的滑閥類型。冷壁滑閥閥體的最大設計溫度能夠達到將近1 000 ℃，可以適應高壓、高溫的環境，使得催化裂化裝置的耐受能力增強，使得滑閥的操作和控制過程更具穩定性和可靠性。并且，滑閥襯里的作用能夠使得其外部溫度低于350 ℃左右，保證生產工藝的安全性。目前在我國多個煉油化工企業中都陸續使用了自行設計制造的冷壁滑閥，尤其冷壁單動滑閥更是設計制造出了各種規格類型，以滿足生產要求。

2 冷壁單動滑閥高溫區內件失效原因與對策

2.1 導軌結構的失效原因與修復對策

對于冷壁單動滑閥而言，其高溫區內件中導軌結構出現故障并失效是常見的問題。導軌結構主要為L形截面，結合V型槽的設計方式，以避免受到滑閥工作過程中高溫流態化催化劑的沖刷影響。常見的導軌失效類型主要包括鈷絡鎢硬質合金層的磨損、鈷絡鎢硬質合裂痕裂紋以及端部母材缺肉問題。

2.1.1 導軌鈷絡鎢硬質合金層的磨損

鈷絡鎢硬質合金層主要存在于導軌與閥板的連接位置，以焊接的方式存在，該區域合金的厚度基本超出3 mm，并在常溫環境下，硬度在40 HRC以上。在滑閥使用過程中，由于長期調節開關操作，便會導致導軌與閥板連接位置的合金因長期摩擦而出現磨損問題，通過導軌的外形尺寸，能夠有效判斷出具體磨損情況和程度。

針對導軌鈷絡鎢硬質合金層的磨損失效問題，通常有兩種修復方法。若是合金層的磨損量低于0.5 mm時，其仍然符合結構設計的要求，此時可繼續使用該合金層，并不需將其剔除。若是合金層的磨損量高出0.5 mm時，此時的合金層硬度已不符合結構的設計標準與要求，此時就需要將原有合金層剔除，并在原位置重新焊接堆置硬質合金層，使其達到要求的尺寸[2]。

2.1.2 導軌鈷絡鎢硬質合金層的裂痕裂紋

一般情況下，冷壁單動滑閥在平穩運行狀態下，其運行周期與催化裂化相似，通常在3～5年期間，在滑閥運行過程中，由于導軌硬質合金層區域長時間受到高溫流動催化劑的沖刷影響，使得硬質合金層處于高溫環境下，而其熱膨脹系數又與導軌母材有所不同，因此，會導致導軌鈷絡鎢硬質合金層出現裂痕裂紋問題，且裂紋的程度各不相同。

在對導軌鈷絡鎢硬質合金層裂紋修復過程中，應首先保證檢查的質量，以相關檢查質量標準為參考依據，對滑閥導軌硬質合金層區域進行檢查，尤其檢查其表面的質量情況。在檢查過程中，若是發現其存在的裂痕裂紋寬度低于0.25 mm，可適當放寬標準，但若是超出標準值，就必須對裂紋進行修復，并嚴格避免出現貫穿性裂紋[3]。若是在檢查過程中，發現裂紋情況十分嚴重，與規定質量標準嚴格不符，那么只能將硬質合金層剔除，重新將其堆砌焊制，以機械加工方式將其修復。

2.1.3 導軌端部母材缺肉

受長期吹掃所形成的導軌端部(即靠近閥蓋側的區域)會出現“缺肉”(母材局部缺失嚴重，功能受到影響)問題。通常情況下，導致導軌端部母材缺肉的主要原因在于：(1)受吹掃影響，且未在導軌處加設節流孔板，導致對端部母材的吹掃過大且連續進行吹掃過程，導致端部母材受到影響。(2)相比于操作壓力，吹掃壓力更大，比要求的吹掃壓力超出操作壓力0.05 MPa的標準要高出得多，導致端部母材無法承受過大的壓力[4]。(3)滑閥運行的過程中，所產生的吹掃介質主要為結晶水或富含氧等物質，對母材影響較大。

針對這種失效原因，在修復過程中，一般可使用氮氣吹掃或過熱干蒸汽吹掃的方式替代。在檢查過程中，若發現導軌端部母材的缺肉量在5 mm之內，那么可針對缺肉部位進行適當修補，以機械補焊的方式進行。但若是導軌端部母材缺肉量超出5 mm，此時的導軌強度已難以達到運行標準，此時應將該導軌報廢處理，重新更換導軌。

2.2 閥板結構的失效原因與修復對策

冷壁單動滑閥的閥板使用不銹鋼材料，且閥板的端部位置和表面都帶有耐磨性較高的襯里。在導軌與閥板相連接的位置，也存在堆砌焊制的硬質合金，在閥板表面可體現。閥板結構失效的原因較多，包括閥板的襯里層出現膨脹、閥板表面的襯里層磨損甚至脫落、閥板滑道處硬質合金出現裂紋、閥板端部母材受損等。

2.2.1 閥板耐磨襯里膨脹

在閥板的端部區域以及閥板的表面都帶有耐磨性較強的龜甲網錨固襯里，其外觀通常呈現為平面矩形。在閥板運行使用的過程中，較為容易出現耐磨襯里膨脹的問題，進而使得閥板的襯里出現不同程度的變形情況，使得其表面不夠平整均勻。而對于閥板而言，出現變形情況，就會使得滑閥在開關使用期間可能出現卡死的問題，使得閥板失去其根本的調節開關作用。一般來說，導致閥板耐磨襯里膨脹的原因主要包括母材與龜甲網之間的焊接不穩，出現開裂或脫落問題、滑閥在超出規定標準的高溫下運行等。

為了修復閥板耐磨襯里的膨脹問題，需要對其加以檢查，若是耐磨襯里的膨脹并未導致閥板的外觀出現變形問題，則可以僅將耐磨襯里拆除，并按照相關技術標準重新安裝襯里，但若是耐磨襯里的膨脹使得閥板的外觀出現嚴重變形，則還需要對閥板進行修復或是更換。

2.2.2 閥板表面襯里磨損甚至掉落

長期受到滑閥催化劑的沖刷影響，會使得閥板的耐磨層逐漸變薄，將其中的龜甲網逐漸顯露出來，進而使得閥板距離閥座圈之間的空隙越來越大，滑閥的調節功能也因此受到影響，造成閥板表面襯里出現磨損甚至脫落的問題[5]。

針對閥板表面襯里磨損的修復，需要在檢查中注意磨損程度，若磨損程度低于2 mm，則可以利用機械方式，強制將閥板和閥座圈的間隙縮小，使其恢復標準狀態，并不需額外補襯。但若是其中的磨損情況較大，磨損程度超過2 mm，則需要將原有的耐磨襯里拆除，并嚴格按照相關規定標準對其進行重新補襯。

2.2.3 閥板滑道面硬質合金層裂紋

通常情況下，閥板滑道面的鈷絡鎢硬質合金層出現裂紋的原因與導軌鈷絡鎢硬質合金層出現裂紋的原因相一致，且其修復措施也基本相同。一般情況下，冷壁單動滑閥在平穩運行狀態下，在滑閥運行過程中，由于閥板滑道表面的硬質合金層區域長時間受到高溫流動催化劑的沖刷影響，使得硬質合金層處于高溫環境下，而其熱膨脹系數又與閥板母材有所不同，因此，會導致閥板滑道的鈷絡鎢硬質合金層出現裂痕裂紋問題，且裂紋的程度各不相同。

在對閥板滑道鈷絡鎢硬質合金層裂紋修復過程中，應首先保證檢查的質量，以相關檢查質量標準為參考依據，對滑閥閥板硬質合金層區域進行檢查。在檢查過程中，若是發現其存在的裂痕裂紋寬度較小可忽略不計，但若是超出標準值，就必須對裂紋進行修復，并嚴格避免出現貫穿性裂紋。若是在檢查過程中，發現裂紋情況十分嚴重，與規定質量標準嚴格不符，那么只能將硬質合金層剔除，重新將其堆砌焊制，以機械加工方式將其修復。

2.2.4 閥板端部母材受損

在冷壁單動滑閥運行的過程中，在正常狀態下，閥板會受到高溫催化劑沖刷的影響，并且還會受到過熱蒸汽或壓力過大蒸汽的吹掃影響，這些外部因素都會導致閥板端部的母材受損。在閥板使用的過程中，若是導軌與閥板之間存在的空隙處為主要的吹掃部位，那么一旦吹掃不當，將極容易使得閥板端部母材受損。如吹掃連續不間斷進行、在吹掃法蘭處時，沒有按照要求安裝節流孔板等，這些操作不當都會使得閥板吹掃量和吹掃程度過大。結合催化劑的沖刷作用，閥板的母材在雙重影響下，將容易形成圓形的單坑情況，使得其母材受損。

在檢查與修復閥板端部母材受損情況時，如果母材的受損深度低于5 mm且受損程度較小時，可對其機械補焊，在原區域重新焊接閥板母材，直到達到運行標準。如果母材的受損深度高于5 mm，且受損程度較大時，要直接對閥板報廢處理，并更換新的閥板。

2.3 閥桿部分的失效原因與修復對策

冷壁單動滑閥的閥桿主要為高溫合金鋼鍛造結構或不銹耐熱鋼結構，其主要通過集T型接頭與密封臺肩相結合一體的圓柱球形面結構與閥板相連接。并且，閥板與閥桿之間的連接屬于滑動性、靈活性，根據閥座圈的熱脹冷縮情況發生不同的位移，并通過閥板的隨節流錐進行位移變化以適應其變化情況。閥桿的表面存在硬化層，均勻分布在表面，且硬化層主要為所噴焊的硬質合金，層體較厚。閥桿部分的失效原因主要包括閥桿接觸介質部分受損、閥桿硬質鋁合金拉傷且閥桿變形、閥桿螺紋端螺紋彎曲或變形、閥桿T型頭磨損等。

2.3.1 閥桿接觸介質受損

閥桿接觸介質受損主要體現于其表面受到沖刷作用影響，造成這種問題的原因主要在于閥桿長期處于非運行狀態、閥桿的接觸介質部位受到長時間的吹掃蒸汽沖刷或其介質對該部位有所侵蝕，進而使其表面產生程度不一的坑蝕現象。

就閥桿而言，沖刷腐蝕所產生的受損程度往往不會較大，且深度較小，若是通過檢查發現侵蝕的深度在0.05 mm之內，那么基本不會影響閥桿的機械強度，因此不需對其進行過多處理，只需要將其表面的坑蝕位置剔除，并在原位置進行重新堆砌焊接即可，但若是侵蝕深度超出0.05 mm，則需要對閥桿報廢處理。

2.3.2 閥桿硬質合金層拉傷、閥桿變形

在長期運行的過程中，由于冷壁單動滑閥在調節和推拉開關期間，會使得閥桿受到催化劑的影響，使得滑道出現堆積進而使得閥桿受到阻礙。在這種情況下，閥桿便會與注油環或填料函處的填料擋圈之間發生摩擦，而摩擦若是不能及時解決，在長期的累積下，便會使得閥桿的噴焊層出現大范圍的破壞問題，嚴重時還會導致閥桿出現變形或拉傷等情況[6]。

針對這一失效問題，在對閥桿修復的過程中，需要判斷閥桿的變形程度。倘若閥桿的變形程度在2 mm之內，并且變形拉傷區域范圍較小時，可直接對閥桿進行校直處理，并將硬質金屬層剔除，利用機械補焊的方式重新鍍層，直到達到要求的標準。但若是閥桿的變形量超出了2 mm，此時利用校直處理方法將難以使其恢復原本的形態，且此時的變形拉傷范圍一般較大，因此需直接報廢處理。

2.3.3 閥桿螺紋端螺紋變形彎曲

螺紋端主要存在于閥桿和執行機構絲杠連接的位置，也就是滑閥的開合螺母聯軸位置，該位置出現變形彎曲的原因主要在于閥桿與絲杠之間發揮連接作用的開合螺母出現松動問題，或閥板的卡阻使得推拉力過大等，這些情況都會使得螺紋端的螺紋發生變形彎曲。

針對這種失效情況，在修復過程中，一般需現場對其進行拆解，觀察其變形程度。如若閥桿的變形程度小于4 mm，則需對其進行相應的校直處理，但若是其變形程度大于4 mm，則難以利用校直處理將其完全恢復，使其正常運行，只能對其報廢處理。

2.3.4 閥桿T型頭磨損

在滑閥正常運行和使用的過程中，閥桿主要通過推拉的操作控制和調節滑閥的開關。由于其工作性質及功能，導致其在長期運行和使用的過程中，閥桿的T型頭位置很容易受到高溫催化劑渦流的影響出現磨損問題。造成閥桿T型頭磨損的原因有多種，包括(1)閥桿的底部流道所產生的催化劑渦流使得閥桿受到磨損。(2)閥桿區域受到的吹掃程度過大。(3)閥桿區域的介質流量過大，甚至超出最大的流量值，使得滑閥的整個內部流道受到磨損問題。(4)滑閥與管道外的吹掃區域相連接，使得滑閥介質的流通受到干擾，進而使得閥桿T型頭受到渦流的影響出現磨損。

針對閥桿T型頭的磨損情況，在修復時根據磨損程度進行判斷和采取針對性措施。若是磨損程度較輕，則可以進行適當的補焊工作，使其恢復至原本的形態，但若是磨損程度較為嚴重，則只能對其進行報廢處理。

2.4 閥座圈的失效原因與修復對策

冷壁單動滑閥的閥座圈主要使用不銹鋼材料，以鑄件結構存在，通常其失效部分發生在閥口位置，由于閥口區域的龜甲網纖維能夠有效提高襯里的耐磨性。閥座圈的主要失效類型包括閥口耐磨襯里磨損、閥口耐磨襯里脫落以及母材缺肉。

2.4.1 閥座圈閥口耐磨襯里磨損嚴重

在滑閥長時間運行的環境下，閥座圈處于長周期運行狀態，并在正常工況下，將長期受到高溫催化劑的沖刷影響，使得其閥口區域的耐磨襯里出現嚴重的磨損情況，且磨損程度各有不同。

應對閥口耐磨襯里的磨損問題，需要對其加強檢查，若發現閥口耐磨襯里磨損僅為部分區域或小面積情況，則可進行適當的修補工作，但若是磨損區域較大，程度較為嚴重，則需要盡快更換襯里。

2.4.2 閥座圈閥口耐磨襯里掉落

導致冷壁單動滑閥的閥座圈閥口耐磨襯里掉落的問題，主要包括兩種原因。其一，在長期高溫環境下，閥口耐磨襯里的擋圈焊縫出現開裂情況，進而使得襯里脫落。其二為在長期的交變高溫環境下，閥口隔板出現開裂問題，進而使得內部的襯里出現脫落。

為了修復耐磨襯里的脫落問題，需要直接更換耐磨襯里、襯里擋圈或將隔板拆除，重新更換隔板，嚴格按照相關技術規范標準，對閥口進行重新襯里工作。

2.4.3 閥座圈母材缺肉

導致閥座圈母材缺肉的主要原因在于受到滑閥導軌的不斷吹掃，且吹掃強度較大或是吹掃的蒸汽壓力較高，超出閥座圈母材所能承受的范圍，又或是由于催化劑的作用，在閥座圈出現渦流問題，進而使得母材缺肉。針對閥座圈母材缺肉的問題，應對其缺肉情況進行詳細檢查。在檢查期間，若判斷母材缺肉的深度在2 mm之內，且不存在嚴重的變形情況，則可以對其機械補焊方式，對其加以修補，但若是缺肉的深度超出2 mm，則代表閥座圈已難以滿足滑閥運行標準，此時就需將閥座圈報廢處理，更換新的閥座圈。

3 結語

綜上所述，冷壁單動滑閥高溫區內件主要包括導軌、閥板、閥桿、閥座圈等結構，且這些結構出現失效問題主要受到襯里磨損、脫落、硬質合金層受損、母材受損等多方面影響，主要由于高溫催化劑的沖刷或吹掃不規范導致的。因此，必須加強對相應結構的檢查和修復，以維護滑閥正常運行。