助力式止回阀在合成氨装置中的应用

助力式止回阀在合成氨装置中的应用中石油大庆石化公司化肥厂石云伟张玉林2007-03-09中石油大庆石化公司化肥厂合成氨装置是20世纪70年代引进美国Kellogg公司的技术，设计生产能力为1000t／d。2005年该装置通过扩能改造将生产能力提高了50％。装置改造中，更换了入二段转化炉的工艺空气止回阀。该阀选用了先进的助力式止回阀，这种止回阀近年来开始在国内合成氨装置中使用，下面将该助力式止回阀的结构特点和使用情况作以介绍。1工艺流程简介从前部一段转化炉来的工艺气(表压力3.3MPa，温度814℃，其中H2含量约65％)，进入二段炉颈部。工艺空气(表压力3.4MPa，温度590℃)经二段炉顶部进入，并在混合器部位与转化工艺气相遇并混合。混合气中的氢气与氧气燃烧后，发出大量热量，温度上升到约1200℃以上，然后向下进入催化床层发生二段转化反应。助力式止回阀(SP154)安装在工艺空气入二段炉的管线上(见图1)，其作用是防止前部工艺空气系统故障或紧急停车时，二段炉燃烧室内的高温气体返回，造成前部管路及设备超温损坏，从而发生灾难性事故。SP154止回阀及时迅速的关闭，是保证事故状态下装置安全的关键环节，在扩能改造项目中，选择了助力式止回阀，以加快止回阀关闭速度，提高了可靠性。另外，助力式止回阀安装有助力重锤，在重锤的作用下可以快速打开阀板，同时平衡了止回阀板的重量，大大降低止回阀造成的压力损失。2助力式止回阀结构简介中石油大庆石化公司化肥厂合成氨装置使用的助力式止回阀SP154，其内部结构同普通的水平旋启式止回阀类似，但是它的阀板轴通过填料密封伸出阀体，连接到外部的控制机构，见图2。助力式止回阀的控制机构见图3。控制机构由平衡臂、气缸及控制杆、电磁阀3部分组成。当止回阀打开时，平衡臂落下，反之平衡臂升起。气缸的顶部装有弹簧，弹簧力向下作用到连接控制杆的活塞上。仪表空气由气缸下部进入，克服弹簧力将控制杆向上顶起，放开平衡臂，此时止回阀板可以自由旋动。当工艺联锁动作时，电磁阀带电打开，气缸内的仪表空气顺风线经电磁阀释放，控制杆在弹簧力的作用下缩回，将平衡臂拉起，从而带动止回阀板迅速关闭。根据止回阀制造厂说明，当电磁阀发生故障打开时，气缸内的气体放出，弹簧力向下拉控制杆，但是这个力量不足以克服正常流体的“冲力”，只是增加了止回阀的阻力降。中石油大庆石化公司化肥厂为防止电磁阀故障，在带电时不能及时打开，选用了双电磁阀，降低故障几率。该止回阀的主体材质为304H不锈钢，设计温度为638℃，设计压力(绝)3.8MPa。仪表风压力(表)0.21～6.89MPa，止回阀阻力降设计为3kPa。3助力式止回阀的控制方案根据合成氨装置的工艺特点，当水碳比或空碳等联锁动作时，联锁信号将电磁阀打开，止回阀SP154气缸中的仪表风放出，弹簧力向下拉，升起平衡臂，关闭止回阀，作用时间10s，然后电磁阀自动复位，仪表风进入气缸，将SP154控制杆顶出，放开平衡臂。若此时生产未恢复，逆向的压差将继续关闭止回阀，反之，正向的物流可将止回阀板打开，恢复生产。综合考虑到其他不可预测的事故，如2台空压机同时故障停机等，在合成氨装置的总控制室，设置了SP154按钮。操作人员可手动强制启动联锁，将SP154气缸内的仪表风放出，关闭止回阀，动作时间仍为10s，然后联锁自动复位，控制杆伸出。4结束语助力式止回阀属于新型止回阀，具有低阻力降，关闭速度快，可靠性高等特点，适用于合成氨装置工艺空气管路系统。另外止回阀的联锁动作方案的确定要根据工艺特点综合考虑。