石化行业阀门分析

石化行业阀门现状分析石油化学工业简称石油化工，它在中国国民经济的发展中有着重要的作用，是中国的支柱产业部门之一。石化行业生产线长、涉及面广，仅中国石化集团就有原油、成品油、天然气等输油、输气管道近6000km，加油站2.4万个，石化企业的油田、采油厂、炼油厂、化工厂、油库、加油站、输油(气)管线遍及全国各个城市、乡镇、车站、码头、宾馆、千家万户。石化行业的生产过程包括油气勘探、油气田开发、钻井工程、采油工程、油气集输、原油储运、石油炼制、化工生产、油品销售等，生产社会需要的汽油、煤油、柴油、润滑油、化工原料、合成树脂、合成橡胶、合成纤维、化肥等3000多种石油、化工产品，与人民的衣、食、住、行密切相关。石化阀门是石油化工生产装置中的最多的设备，石化生产中各类气体和液体介质都要通过各种阀门，按照生产过程需要被阻断或输送到各种容器和过程设备中去。石化生产常用的阀门分为通用阀门和专用阀门，石化通用阀门包括闸阀、截止阀、球阀、止回阀、蝶阀、减压阀、安全阀、调节阀等；石化专用阀门包括催化裂化装置中的滑阀和高温蝶阀、延迟焦化装置中的四通切换阀和堵焦阀、乙烯裂解装置中的高温裂解平板闸阀和低温阀、聚乙烯和聚丙烯装置中的固体阀门、合成氨装置中的高温高压角式截止阀和节流阀等；另外，控制阀是极为重要的装置之一，控制阀工作的好坏，直接关系到DCS控制系统的投运和工艺装置的运行，一旦控制阀出现故障，整套控制系统就会失灵。石化通用阀门：国内阀门制造业遍布全国，通用阀门生产企业达到1300个，已成为全球阀门产量和市场需求量最大的国家之一。但是我国的阀门行业大多为中小企业，良莠不齐，年产值超亿元的只有十几家，即使与国内其他机械行业相比，无论在装置上还是技术水平上也存在很大的差距，真正具有独立研究开发高端产品能力的单位很少。全国阀门产品规格型号达到40000多个，大部分已经实现标准化、系列化，而且有的已经可以按照国际标准生产。阀门的最高使用温度已经达到570℃，最低温度达到-196℃、最高压力达到600MPa。一般通用阀门基本满足石化生产的大部分需要，但特种阀门如安全阀、截止阀、止回阀等产品，由于密封材料少，密封材料配对不当，热处理工艺达不到要求，影响了阀门性能和使用寿命。自动阀门如安全阀、减压阀、疏水阀等，缺乏试验研究手段，有些产品性能不稳定。蝶阀、节流阀等控制阀，由于缺少试验手段，普遍没有调节特性曲线和阻力系数曲线。电动执行机构控制水平较低，控制不灵，精度不高。国外通用阀门技术水平较高，发展速度快，主要表现在：阀门向大型化、高参数化、自动化和成套化方向发展，产品系列不断增加，阀门新产品质量水平高，密封可靠，寿命长；阀门研究专业化，拥有科研测试基地，可以进行热态性能、动态性能、耐磨、抗震、防火、可靠性等多种试验，可以对产品进行多方面性能测试。随着石化工业发展和技术进步的要求，高参数通用阀门需求增多，如高温阀门使用温度达到500～900℃；低温阀门使用温度达到-40～-196℃；高压阀门使用压力达到300～500Mpa；特别是易燃易爆、强腐蚀、有毒介质阀门等，对阀门使用的安全性、功能的可靠性以及使用寿命等方面提出了更高更严格的要求。在阀门材料选择和制造工艺上，首先要满足使用的要求，提高阀门的安全性和可靠性，同时要注意做到经济。近年出现了许多新型高性能材料，如各种耐强腐蚀的钛和锆金属材料、纳米材料、有机合成和高分子材料、工业陶瓷等无机非金属材料及各种复合材料等，同时出现许多铸造、焊接、喷焊、喷涂、复合、烧结等成型和表面处理的新工艺和新技术装备，正在应用到阀门生产中去。为了适应信息技术的发展，阀门作为控制管道中流体运动的终端执行机构，正在将现代的计算技术、传感技术、网络及遥控技术以及智能技术应用到阀门产品中去，特别是调节阀、减压阀和安全阀。石化专用阀门：在石化专用阀门中，典型的应该要数催化裂化装置中的单动滑阀和双动滑阀。单动滑阀是将经反应已经积碳的催化剂送入再生器燃烧，或者将再生后的催化剂从再生器引向提升管。设计压力为0.2～0.3MPa。设计温度为500～900℃。双动滑阀是用来控制再生器压力的阀门，操作介质为带有微量催化剂的高温烟气。设计压力为0.3Mpa，设计温度为870℃。滑阀由风动或电机驱动，在风动马达传动系统中，通过阀门定位器接受0.2~1.0kgf/cm2的气动信号，由指挥阀、错气排气阀及快开阀组成的控制系统，可达到1/400灵敏度，1/100精确度，这种滑阀国内只有少数工厂生产。乙烯裂解装置的裂解气阀和滑焦阀，规格为3～42英寸，操作温度为415～593℃。焊接结构，密封面堆焊硬质合金。平行双闸板，密封副无摩擦。碟簧组和楔式机构，确保阀门灵活可靠。阀内膨胀节，可以阻止裂解气向阀腔泄漏。这种阀门目前国内已经可以制造一部分，大口径阀门还需要从国外进口。加氢装置中的高温高压闸阀、截止阀止回阀和节流阀等，介质为甲醇、硫化氢、氮气腐蚀性介质或易燃易爆介质等。还有空分装置中的氧气截止阀和球阀，最低使用温度-196℃，公称压力0.2～16Mpa。另外还有石油开采常用的井口装置专用阀门，如公称压力API2000～20000Psi的石油进口阀门；API6A天然气井口用平板闸阀、角式节流阀、先导安全阀；石油天然气长输管线API6D全焊接球阀以及压力变化的金属密封球阀等。这些石化专用阀门制造难高，技术复杂，质量和可靠性要求高，必须在选材上恰当，制造工艺严格，不是一般阀门厂能够做到的。但这些阀门是石化生产常用的，技术含量高，价值也高。因为石化生产基本都是高温、高压、易燃、易爆、腐蚀、有毒的介质中，如果阀门开关不灵或者密封不严，都会发生泄漏，造成着火、爆炸、中毒等重大人身和财产事故。因此石化用阀门技术虽然不是十分复杂，但对质量要求很高。在国内石化生产的历史中，炼油装置高温阀门泄漏造成大火事故时有发生，加氧装置氢气阀门泄漏爆炸造成数十人伤亡的事故发生过，氮气阀门泄漏造成检修工人窒息死亡的事故几乎每年都发生。控制阀石化行业中控制阀种类繁多，不同阀门的结构和材料选择千差万别，用户的需求也千差万别。对于常规的工况，我们就不作探讨了。对于特殊工况，总体而言，现阶段国产控制阀的难题还在于高温高压的应用工况，主要问题是维护周期较短，尤其是当物料中含有颗粒的时候，更是难以应对，这迫使用户不得不在一些关键的应用场合直接引进国外产品。在高温工况下，结构设计、精加工和装配尤其重要，国产控制阀的技术水平在这方面还不够成熟。低温工况的应用，国产控制阀基本是可以应对的。总的来看，国产单座阀质量比较稳定，市场占有率也很高。值得注意的是，近几年国产蝶阀进步很快。在我们石化行业中，大部分设计人员在选用控制阀时都采用美标，或者采用相当于美标的国内标准，这个标准覆盖了材料、检验和测试标准。总体来说，石化行业75%以上的工况并不是很苛刻，但也存在很多特殊工况，比如大口径和微小流量阀。从现阶段产品的应用情况来看，大口径阀门已经不是难题，很多国产阀门都做得不错，相反的，微小流量阀倒是难题。一方面这类阀门的应用比较少，不太被重视；另一方面，它们的阀芯十分细小，很容易磨损，例如高压差注水阀，国内制造厂在这方面的研究还很少很不深入，这导致了这方面产品的空白和落后。如何延长产品使用寿命是用户和厂商都较为关注的问题，一个控制阀的寿命长短，首先看应用工况，再看控制阀的材质和密封性能。对于密封，分为阀座密封和填料密封。我们知道，控制阀偏重于连续控制功能，不太要求严密切断的功能，因此，阀座密封方面，即使有一定的泄漏，也是不太被重视的；而且视工况和控制阀结构决定，例如球阀，阀座密封等级很高，作为严密切断功能就很合适。我们知道，阀座密封有泄漏的话，至少流体还是在管道里，而填料密封出了问题，化工介质可能直接泄放到环境中，后果将不堪设想。随着国家对环保要求的提高，现在的工程设计越来越重视填料密封。作为工程设计人员，我们也在期待国产控制阀填料密封的升级换代，归根结底还是材料、制造水平。如果根据低泄漏的要求，国产填料的指标不过关；另外，有些加工工艺环节像阀杆的光洁度也是和泄漏量相关的。据我们了解，欧美国家早就推出了一系列产品，他们称之为环保填料，以满足当地政府的环保要求。近几年，国产控制阀也逐渐开始采用双层填料以达到低泄漏的目的，例如无锡工装，他们已经能够提供双层填料的系列产品，并且已经应用在欧美合资企业中。我希望更多国产控制阀企业能重视这个问题。有关材质问题，也是我们石化行业控制阀产品需要应对的一个难题，石化行业的工况和流体种类繁多，阀门材质的选择至关重要，选用合适的材质，控制阀寿命才能长久。国产控制阀厂要深入研究，尤其是对于材质的改良，应该下功夫研究。对于如何延长控制阀的寿命，这里有两点建议：第一，控制阀厂家应加大研发力度，要在阀芯组件方面下功夫。现在客户反应较多的就是国产控制阀的阀芯寿命短，这当然和工艺操作条件有关，但也应该同控制阀的制造关联起来。我们尽量选用合适结构的阀芯，也希望国产控制阀厂商在制造工艺上提高稳定性，这是一个工程体系，涉及材料、加工、装配、检验。第二，要在软密封阀座上做文章。国产控制阀的软密封寿命短，造成用户首选金属密封调节阀。其实在欧洲，软密封阀座调节阀占了一定比例，在符合工艺的情况下，软密封阀座调节阀可以降低大部分投资，而且寿命也有保障。在非金属材料方面，国内产品与国外差距很大，拿我们生活中的水龙头来说，这就是简单的阀门，密封片一般是橡胶制作的，寿命不长。这样的思维同样影响着工业领域的阀门。就目前的现状，石化行业的一些工况特别是一些重要的苛刻工况大部分还是采用进口控制阀产品，国产品牌无法应对。宽泛的说，国产控制阀在常规和低温方面已经进步很多，表现不错，但严格地说，国产控制阀领域现在还有一个产品有待提高水平，那就是定位器，现在耳熟能详的全部是国外品牌。国产定位器的稳定性和重复性与他们有差距，在实际使用中，也基本采购进口品牌的定位器。其次，国内的精加工和装配技术与国外有差距，同样的组合件在国内加工组装，质量总是打些折扣，甚至一些进口大品牌也是屡次发生这样的事，究其根源，还是质量体系不能保持长期稳定。现阶段控制阀行业的一些发展趋势：第一，现在的国际控制阀市场上，占据主导地位的产品分别是球形单座阀、套筒阀、调节蝶阀和凸轮挠曲阀，而在我们国内，前三种已经占据了控制阀市场的半壁江山，但是惟独凸轮挠曲阀没有得到普遍的应用，好东西为什么没有得到广泛的推广？其实凸轮挠曲阀这种结构，控制性能不差，相对流通能力大，在4寸口径以上价格有优势，像MASONEILAN，FISHER，FLOWSERVE这些品牌都在生产凸轮挠曲阀，在国外的应用确实非常多，在国内却推广不开，确实遗憾。十年以前我们就谈论过凸轮挠曲阀的前景，从原理上说，它的阀芯比较厚实所以耐磨损，可能是以后发展的一个趋势。但在实际应用上并没有推广开来。用户不太接受，制造厂也就不多。究其原因还是当时国内对旋转阀的认识不够，没有人愿意花时间去投资研发，生产旋转阀的厂家太少，市场占有率当然低。现在国产蝶阀产品进步很快，应该说凸轮挠曲阀还是有前途的。第二，就是滑板阀，这种阀门的结构十分简单：在阀体内安装有两块与介质流向垂直的滑板，一只滑板固定在阀体内部，在板上开有相同宽度不同长度的节流槽，另一只是和阀杆连接的可移动滑板，它紧贴固定滑板，在它上面也开有节流槽。移动滑板就能改变介质流通面积的大小从而控制介质的流量。这种阀门结构对洁净的气体工况非常合适，维护量又小，值得广泛应用。目前中国阀门行业十分复杂，竞争激烈，大部分阀门厂追求技术进步、在提高质量上下工夫。而也有一些阀门厂管理不严，忽视质量，甚至利用偷工减料来减低成本，如减少阀体壁厚，选用不合格材料，甚至仿冒名牌等。也有的名牌阀门厂无限扩大联营范围，却失之管理，阀门质量明显下降，砸了自己的牌子。这些年在石化改造和扩建工程中，假冒伪劣阀门被屡次发现，这是十分危险的。石化工业基本是在高温、高压、易燃、易爆、腐蚀、有毒以及连续化生产的条件下，生产周期现在要求2～3年才能停车大检修。一套装置有200～300台设备，一个石化厂有十几套装置