延迟焦化是将重质油经加热炉急速加热达到焦化所需的高温后, 立即进入焦炭塔, 在塔内进行深度热裂化反应, 使生焦反应不在炉管内进行而延迟到焦炭塔内反应。这样就避免了炉管内大量结焦, 延长了装置运行周期。水力除焦系统是延迟焦化装置重要的组成部分, 安装至今, 该系统发生故障频繁, 而除焦器中的自助换向阀是该系统故障频发的设备之一, 它的运行正常与否, 直接影响到装置除焦系统的稳定运行。
自助换向阀在延迟焦化装置水力除焦系统的成功应用, 省去了除焦中的钻孔工作结束后, 人工切换除焦水流向的工序, 避免了二次启泵, 节省了除焦时间, 降低人工劳动强度。然而其在使用过程中存在的诸般问题亦困扰着除焦工作的顺利进行, 为降低自助换向阀故障频率, 提高了水利除焦系统设备整体可靠性, 应从根本上解决自助换向阀不动作的问题。
1 阀门结构
水力除焦系统中除焦器内自助换向阀又称二位阀, 其主要组成部件包括:阀体、上端盖、下端盖、大弹簧、柱塞传动齿条、小弹簧、凸台传动齿轮、凸台传动飞轮、阀芯、密封O环、压盖[1]。
2 工作原理
除焦水从二位三通自助换向阀上端盖进水孔进入阀体推动柱塞传动齿条向下压缩大弹簧, 柱塞传动齿条会与其接触的凸台传动齿轮啮合发生传动, 但此时由于凸台传动齿轮与凸台传动飞轮的凸台接触面为反接触, 因此动力并不能继续往下传递给阀芯, 但当除焦水压力回零 (压力小于0.5MPa) 后, 大弹簧发生回弹, 同时与大弹簧接触的柱塞齿条也会与之同向运动, 此时柱塞齿会带动凸台传动齿轮反向旋转, 此时凸台传动齿轮与凸台传动飞轮的凸台接触面为正接触, 动力便会由凸台传动飞轮继续传递给阀芯并促使其发生旋转, 改变阀芯端部水槽方向, 进而改变水流走向完成除焦水在钻孔位与除焦位的切换工作[2]。 (如图1所示)
3 故障分析
针对自助换向阀不能自助切换的问题, 统计了装置开工后四年内的故障情况。由下表1的统计数据可以看出, 大小弹簧失效问题共占了故障总数的42%, 定位销失效问题占了17%, 齿轮磨损及顶牙占28%, 而其它问题仅有3%。因此, 自助换向阀的故障类型主要集中在弹簧失效、定位销失效、齿轮磨损及顶牙几个方面, 以下就重点对这几类故障原因进行分析并寻找对策。
3.1 弹簧失效
弹簧长期在交变循环载荷的作用下易发生疲劳[3], 同时在除焦水的腐蚀下也会产生形变能力减弱[4], 这两种原因均会造成弹簧的回弹能力降低。大弹簧回弹能力的降低会使柱塞齿条带动凸台齿轮旋转到位的动力下降, 而导致该阀门无法完成自助换向。小弹簧形变能力下降会造成凸台传动齿轮与凸台传动飞轮凸台接触面无法正常贴合, 进而使得动力无法由凸台传动齿轮传递给凸台传动飞轮, 影响该阀门的正常换向。
3.2 定位销失效
首先定位销头部长期与凸台传动飞轮外边缘产生摩擦, 导致其磨损量偏大, 其次定位销根部弹簧失效。定位销的作用在于定位凸台传动飞轮, 阻止除焦水在升压过程中造成凸台传动齿轮与凸台传动飞轮凸台反接触面间的摩擦力过大带动凸台传动飞轮旋转, 进而带动阀芯不稳定工作, 造成自助换向阀无法正常换向。
3.3 齿轮磨损、顶牙
在长期使用中, 凸台传动齿轮与柱塞传动齿条啮合的齿牙之间会逐渐出现磨损, 而除焦水中携带的焦粉颗粒会使这种磨损加剧, 当磨损量累计达到两齿之间无法正常啮合传动时, 则会影响该阀正常换向。同时, 除焦水携带的焦粉还会沉积于啮合齿轮齿牙上, 当焦粉颗粒达到一定量就会造成顶牙, 致使凸台传动齿轮与柱塞传动齿条卡死而无法进行传动, 自助换向阀也就无法正常换向。
4 对策
4.1 定期保养
针对弹簧、定位销失效, 齿轮磨损、顶牙的问题, 需要定期对自助换向阀解体, 检查弹簧形变量及腐蚀状况, 测试弹簧的形变回弹能力, 检查定位销头部磨损状况, 对不能满足需求的进行更换。清理内部焦粉颗粒等杂质, 防止焦粉颗粒加剧磨损, 防止沉积导致顶牙。
4.2 除焦水控制
定期对除焦水进行取样分析, 控制除焦水水质, 尤其是焦粉的携带量。可以在冷切焦水的各个沉淀池之间架设格栅滤网过滤焦粉。在冷除焦水的转运过程中使用刮板过滤器、旋流分油器等先进设备进一步除去水中杂质。定期对冷除焦水泵入口的过滤器进行清理, 增加清洁水反冲洗流程, 定期进行反冲洗操作, 减少除焦水中焦粉携带, 优化水质。
5 结语
通过定期对自助换向阀解体检查, 对弹簧、定位销、齿轮等易磨损配件进行定期更换及清理, 保证了自助换向阀门的正常运行。进一步对除焦水质的控制可以有效延长阀门内件的使用周期, 降低了自助换向阀故障频率, 提高了水利除焦系统设备整体可靠性。
摘要：延迟焦化装置除焦器内的自助换向阀的主要作用是完成切焦位与钻孔位之间的切换, 性能的可靠度决定着除焦工作能否顺利进行。在长期的使用过程中, 主要有不能自动切换的问题。通过对该特阀的结构、工作原理等方面的分析, 找出了自助换向阀的故障原因, 并提出了相应的预防措施, 有效提高了除焦工作的顺畅度。
关键词：自助换向阀,除焦器,除焦水,焦粉
参考文献
[1] 水力除焦设备安装、维护、使用手册-自动除焦器ZDQ-V型.[P].洛阳涧光石化设备有限公司.
[2] 翟滨主编.延迟焦化装置技术问答-第二版[M].北京:中国石化出版社, 2013.6
[3] 弹簧的失效分析技术[C].全国弹簧标准化技术委员会内部资料
[4] 李霞.影像弹簧失效的主要因素及其预防措施[J].金属制品.2009.35. (1) :20-23