大阪樱花vs川崎前锋比分直播:煉油裝置再生器出口閘閥使用故障淺析

真空閥門 王歡 上海石油化工股份有限公司

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  根據煉油裝置再生器出口閘閥的使用工況和閘板失效的形貌,通過采取金相和X 射線熒光等測試技術對閘板失效原因進行了分析,確定了閘板失效的主要原因為低溫熱腐蝕,根據低溫熱腐蝕發生的條件,提出了解決方案。

1、概述

  閘閥是汽油吸附脫硫(S-Zorb) 工藝煉油裝置的關鍵設備,其主要作用為調節工藝中吸附劑的流量。閘閥安裝于再生器出口。經過脫硫的吸附劑在再生器中燃燒,燃燒后恢復活性的吸附劑通過閘閥再次循環使用。閘閥使用溫度為524℃,壓差為4.1 ~10.3kPa,使用環境為低壓臨氧。

2、故障現象

  S-Zorb 裝置運行一個周期后(約10個月) 停車大修。大修時用備用閘板更換了出現輕微損壞的原閘板。重新開車之后約2 周,閘板出現了較大損壞(圖2a) ,導致閥門失效。經初步了解,更換的備用閘板尺寸小于原閘板,閥座和閘板裝配后間隙較大( 圖1) ,推測較大間隙導致的縫隙流可能是造成閥門失效的主要原因。因此更換了一臺閥座和閘板間隙控制到合理范圍之內的閘閥,新閥門上線運行約一周,閘板又出現了相似的損壞(圖2b) 。

 閘閥內部結構圖

圖1 閘閥內部結構圖

3、檢測

  針對裝置檢修后,閘板在短時間內損壞的問題,從工藝、閘板材料和吸附劑等方面進行了檢測。

3.1、工藝

  本周期和上周期的S-Zorb 生產工藝進行對比,發現本周期生產過程中閥門前后壓差較大,超出設計4.1 ~ 10.3kPa 的要求。此因素列為失效分析的考慮對象之一。

損壞的閘板

(a) 備用閘板(b) 整臺更換閘閥的閘板

圖2 損壞的閘板

  3.2、材料

  閘板材料為整體stellite 6#合金。采用X 射線熒光法(XRF) 檢測材料成分,各組成元素含量均在合理范圍之內(表1) ,且無多余有害元素,符合Stellite6#合金的要求。對閘板失效部位做金相分析,其晶粒較均勻(圖3) ,沒有發現沿晶腐蝕和擇優腐蝕等傾向,排除了材料成形工藝不合理造成合金中有缺陷存在的原因。

表1 stellite6# XRF 檢測結果Wt%

stellite6# XRF 檢測結果Wt%

3.3、吸附劑

  從再生器中采集吸附劑樣品進行檢測,其中含量較高的Al2O3、SiO2、NiO 是吸附劑的載體,ZnO 是吸附劑的活性成分〔1〕,但是,吸附劑中還檢測到一定量的SO3、K2O、Fe2O3等具有腐蝕性的成分(表2) 。

表2 S-Zorb 吸附劑樣品的XRF 分析結果

 S-Zorb 吸附劑樣品的XRF 分析結果

4、分析

  通過檢測,排除了材料的質量問題。因此從工藝和吸附劑方面分析故障原因。

  (1) 閘板和閥座間隙。閘板備件尺寸偏小,引起閘板與閥座的間隙較大,但整臺更換的閘閥閘板與閥座配合緊密,間隙滿足設計要求,但閘板同樣出現類似的損壞,此原因可以排除。

  (2) 小開度沖刷。本周期生產中,閥門前后壓差超出設計要求(4.1 ~ 10.3kPa) 。高壓差會導致相同流量情況下閥門開度較小,介質流速變大,介質對閘板的直接沖擊也變大。但從失效閘板的形貌(圖4) 觀察,流速較高部位(1區) 、流速較低部位(2區) 和與介質基本不接觸的部位(3 區) 也出現了較為嚴重的損壞,與沖刷造成損壞的形貌不相符( 一般是比較光滑的)〔2〕。經分析,沖刷導致閥門失效的可能性很小。

失效閘板金相照片

圖3 失效閘板金相照片

閘板破壞照片

圖4 閘板破壞照片

  (3) 高溫氧化。再生器中為低壓臨氧環境,合金存在氧化的可能性。一般而言,合金抗氧化性能與合金中Cr 的含量有關。因為Cr 被氧化后生成Cr2O3,Cr2O3氧化膜十分致密,可以防止合金中的金屬原子向外和氧原子向合金內部的擴散,從而達到阻止氧化進一步進行的效果〔3〕。但stellite 6#合金的Cr 含量將近30%,合金的抗氧化性能比較優異,合金氧化失效的可能性較小。

  (4) SO3的腐蝕。再生器內部為低壓臨氧環境。吸附劑吸附脫硫以后,攜帶了汽油中大量硫醇、硫醚、噻吩以及苯并噻吩等的硫化物以及反應產物〔4〕。脫硫后的吸附劑在再生器中燃燒以恢復活性。此過程中可能產生腐蝕的物質有S 蒸汽、H2S、SO2和SO3等,考慮臨氧環境,S 蒸汽和H2S 存在的可能性較小,SO2也極可能氧化為SO3。僅SO3氣體,其對合金的破壞是有限的,不可能在數天內就將stellite 6#合金腐蝕失效, stellite 6#合金中高含量Cr生成的Cr2O3氧化膜可以阻止合金的進一步腐蝕。

  (5) 熱腐蝕。熱腐蝕分為低溫熱腐蝕和高溫熱腐蝕。高溫熱腐蝕發生的溫度范圍一般為825 ~950℃,此溫度范圍內硫酸鹽( 如K2SO4) 到熔點,形成溶液,進而腐蝕合金。高溫熱腐蝕發生的溫度區間與閘閥的使用溫度相差較大,可能性基本被排除。低溫熱腐蝕發生的溫度范圍一般為500 ~750℃,這與閘閥的使用溫度較為接近。雖然此時從溫度上分析,整體鹽膜未達到熔點,但是由于幾種硫酸鹽可以形成。

  Stellite 6 #合金屬于Co - Cr 系合金,Co 元素含量很高。另外,吸附劑XRF 檢測結果顯示,含有較高的SO3和K2O 等。因XRF 只能顯示元素的相對含量,而不代表真實的物質,SO3和K2O 分別屬于酸性化合物和堿性化合物。在再生器中,推斷SO3和K2O 是以K2SO4的形式存在,使低溫熱腐蝕具備了所需的條件。低溫熱腐蝕的特征是初期有一孕育期,隨后為加速腐蝕,與現場閘板失效的過程相吻合。

  分析確定stellite 6#閘板失效的主要原因為低溫熱腐蝕。本周期由于系統中設備( 尤其用于分離氣固兩相介質的旋風分離器) 故障或者老化,導致SO3含量升高,達到了低溫熱腐蝕所需的臨界量而導致低溫熱腐蝕的發生。流動的介質將腐蝕產物帶走,從而導致了腐蝕的連續進行,閥門在短期內即失效。

5、改進

  低溫熱腐蝕現象很少發生,因為達不到低溫熱腐蝕所要求的SO3分壓、共晶體溫度和足夠的硫酸鹽等條件,即使環境相似,并不會產生低溫熱腐蝕。為了提高閘板耐低溫熱腐蝕的性能,研制了高溫性能更加優異的特制閘板,其耐磨損性能、耐腐蝕性能和耐高溫性能均高于stellite 6#合金,并且原理上不會發生和stellite 6#合金類似的低溫熱腐蝕現象。

6、結語

  通過對閘板失效原因的分析,排除了閘板與閥座間隙、小開度沖刷和高溫氧化等可能導致閘板失效的因素,得出閘板失效的主要原因為低溫熱腐蝕。為避免低溫熱腐蝕的破壞,需采取相應的控制措施。

  (1) 檢查并調試旋風分離器的工作狀態,避免閘閥中SO3的分壓偏高。

  (2) 采取措施將閘閥的使用壓差降至設計范圍內,降低吸附劑沖刷閘板帶來的熱量。

  (3) 控制K2SO4等硫酸鹽的含量,提高吸附劑的純凈度。

  (4) 使用為低溫熱腐蝕工況特制的閘板。