S-Zorb装置耐磨球阀故障分析和国产化攻关应用

许俊雄 张贤振 广西

中国石化北海炼化有限责任公司536017

摘要：随着S-Zorb装置的推广和应用，反应再生系统耐磨程控球阀的频繁故障已成为影响装置正常运行的共性问题，如何解决耐磨球阀的故障和提高使用寿命成了各炼化企业和阀门厂家的一个技术难题。本文介绍北海炼化公司S-Zorb装置耐磨球阀的运用情况，重点介绍对耐磨球阀故障分析和国产化攻关以及在装置的运用效果。

关键词：S-Zorb装置；耐磨球阀；国产化

1 引言

S-Zorb脱硫技术是由ConocoPhillips公司设计研发的，针对催化裂化(FCC)汽油馏分的吸附脱硫技术，具有脱硫效率高和辛烷值损失小的特点，该技术主要采用吸附原理，采用氧化锌、氧化镍以及铝硅组分的吸附剂，在脱硫过程中，气态烃与吸附剂接触后含硫化物被吸附在吸附剂上，在吸附剂的作用下C—S键断裂，硫原子从含硫化物中去除并留在吸附剂上，而烃分子则返回到烃气流中，该过程在反应中不产生H2S，从而避免了H2S与烯烃反应生成硫醇而造成硫含量和氢耗的增加【1】，能最大程度满足国家对环保的重视，对汽油含硫量指标的严格控制，在国内得到越来越多的推广应用。

控制阀尤其是耐磨球阀作为现场重要控制设备，为程序控制和压力、温度、流量和液位等工艺介质参数调节提供了重要支撑。随着S-Zorb装置的大量应用，耐磨球阀的频繁故障已成为影响该装置正常运行的共性问题，阀门缺陷会直接影响吸附剂转剂速度和效果，进而影响装置正常运行，严重的会造成介质泄漏甚至产生爆炸事故。

本文以公司S-Zorb装置为化工应用背景，通过对进口耐磨球阀的使用情况分析，得出国产化攻关结果，对部分进口阀门进行国产化替换，并获得了成功的化工应用。

2 公司S-zorb装置耐磨球阀

2.1 耐磨球阀的设计原理和要求

基于S-Zorb装置的耐磨球阀主要是用于控制S-Zorb装置中的流体，其设计原理和要求主要包括以下几个方面：

（1）耐磨性能：S-Zorb装置中流体主要是高温高压的催化剂和反应产物，含大量的杂质颗粒物和腐蚀性物质，对球阀的材料和耐磨性能提出较高的要求。

（2）密封性能：S-Zorb装置中流体压力较高，需要球阀具有较好的密封性能，避免泄漏和安全事故的发生。

（3）耐高温性能：S-Zorb装置中流体温度较高，需要球阀具有较好的耐高温性能，确保球阀在高温环境下正常运行。

（4）自清洁性能：S-Zorb装置中流体中含有大量的颗粒物和杂质，需球阀具有较好的自清洁性能，避免颗粒物在球阀内部积聚。

2.2 S-Zorb装置耐磨球阀主要厂家和使用工况

公司S-Zorb装置控制球阀有52台，其中闭锁料斗球阀35台，关键阀门基本为MOGAS和Fisher阀门，另有上海开维喜开关阀13台，通过的工艺介质以氢气、氮气、二氧化硫和吸附剂粉尘为主，最高操作温度能达到430℃左右，阀门关闭差压最大达到4.26MPa。

此处以耐磨球阀080-PDV2502B和080-PDV2702开展说明。

080PDV2502B和080PDV2702均为Fisher阀门，两台阀门基本技术参数一样：均为公称通径DN50,压力等级CL300，阀芯材质为Cr3C2，阀座材质为Alloy 6，泄漏等级为ANSI CLASS II，通过介质为N2、吸附剂粉尘。PDV2502B是再生进料罐D107压控阀，向再生器R102泄压以控制D107底部与R102中部压差，进而保证吸附剂的正常循环；PDV2702 是再生器接收器D110压控阀，向再生器R102泄压以控制再生器R102底部与D110顶部压差，进而控制吸附剂转剂速度。阀门出现问题，会导致吸附剂转剂速度不平稳，影响装置运行。

2.3 S-Zorb装置耐磨球阀使用状况

自2018年10月份开工以来，耐磨球阀080-PDV2502B和080-PDV2702连续运行均出现不同情况的磨损问题。2022年2月装置大检修，下线拆检发现2台球阀阀内件和密封组件均出现不成程度的磨损（如图1、图2），已无修复价值。

图1 PDV2502B阀内件磨损 图2 PV2702阀内件磨损

2020年6月份大修结束，两台Fisher阀门替换同型号新阀后至9月27日，080-PDV2502B阀门内漏，拆检发现阀体和阀内件模损严重，更换特储备阀投用，至2021年3月22日，阀体穿孔，阀内件磨损严重（图3）；至10月13日，080-PDV2702阀门盘根漏，阀卡塞，动作不畅，检查密封组件及阀杆面磨损严重，

替换特储同品牌型号备阀，旧阀修复并更换密封组件后备用。至2021年2月17

图3 PDV2502B阀体和阀内件磨损

日阀门动作不畅，拆检发现阀座磨损严重，更换修复备用阀后至2021年6月日，

阀门卡塞，盘根漏，不能打开，拆检发现阀座冲刷损坏（图4）。

图4 PV2702阀座磨损 图5 浮动式球阀结构图

2.4 S-Zorb装置耐磨球阀故障分析

Fisher耐磨球阀080-PDV2502B和080-PDV2702采用传统的浮动硬密封球阀的结构设计，浮动球阀结构（图5）所示。浮动式球阀的球体是浮动的，在介质

压力作用在球体球面时，球体产生一定的位移并紧压在出口端阀座的密封面上，保证出口端密封。由于介质推动有效作用面积大，相比固定球，有更大的密封比压，提高了密封性能，但相对的也增加了阀门的启闭力矩，浮动球阀介质一般按箭头所示方向流动，由预紧碟簧提供初始预紧比压，使阀前阀座紧密贴合在阀芯上，开关过程中，防止介质进入阀芯与阀座之间影响密封性能。而在S-Zorb装置正常生产过程中，在充氮气与放料时，装置将存在方向压差，耐磨球阀出口端介质压力高于阀门进口段介质压力【2】，阀门动作时，介质推动球体向预紧蝶簧一段，碟簧压缩，而另一端无预紧机构，导致了出口端阀座与球体有微量的间隙，吸附剂粉尘进入密封面，与介质中油气、蒸汽等凝结，造成球体及阀座表面刮伤。

该耐磨球阀阀芯阀座采用Alloy 6材质，表面喷涂WC-CRC，喷涂由于工艺和材质限制，涂层厚度一般为1mm，浮动球在全关时，介质为高压空气带颗粒，流速较快，介质具有很强的冲刷能力，同时阀前阀后有偏心异径管，会导致粉尘对阀门局部冲刷，球体在高压差作用下，将冲击向阀座，导致加速密封面塌陷变

形，造成局部泄漏，磨蚀密封面。

2.5 S-Zorb装置耐磨球阀国产化攻关

2.5.1攻关情况

鉴于对Fisher耐磨球阀常见故障的分析及现场工况，结合公司对仪控设备国产过攻关的要求，由无锡斯考尔自动控制设备有限公司中标，对该工况下阀门进行针对性设计，以提高耐磨球阀的使用寿命。

经北海炼化仪控专业和无锡SCORE技术人员研讨商议，确定该两处工况环境采用偏心旋转阀结构，阀门口径采用3英寸*60%缩腔型，阀体材质采用A182-F316H/ 内衬碳化钨，阀座、阀芯和阀板采用整体碳化钨喷涂工艺（图6）。

图6 国产化阀门铭牌图7 阀体冲刷磨损

2.5.2 投用效果

080-PDV2502B自2021年3月份投用国产化无锡SCORE阀门后，至2022年2月份工艺反馈有内漏问题，拆检阀门发现阀体内腔、下轴承、轴等零件存在严重的冲刷（图7），导致零件失效。该阀上线使用10个多月，已远超出之前进口阀门的上线使用时间。针对阀门运行发现的问题，公司仪表专业和无锡SCORE

厂家密切沟通，就提升耐磨性能和提高运行稳定性进行深度研究和分析，厂家在阀体结构和表面喷涂上了做了专业优化处理。2023年3月份装置消缺，按计划更换优化后的阀体后，使用至今，阀门投运较好。

同时，除080-PDV2502B以及080-PDV2702两台阀门进行了国产化应用以外，

公司还对MOGAS程控阀进行了国产化攻关和应用，装置程控阀080-XV2410用上

海弘盛阀门进行了替代，使用近一年以来，未发生磨损、故障等问题，大大减少了因仪表阀门问题给装置程序运行的影响。

3 结束语

本文对基于S-Zorb装置耐磨球阀的国产化攻关和应用进行了深入的研究和探讨。通过对公司S-Zorb装置特殊场合耐磨球阀使用工况和故障进行分析，以及仪控专业对国产化攻关的应用，取得了很好的使用效果，国产耐磨球阀对装置良好稳定运行带来了保障,S-Zorb装置耐磨球阀实现国产化,不仅减少了对进口阀门的依赖,还缩短了供货周期,降低了采购成本和维修费用,对国内S-Zorb关键设备国产化的推广应用具有重要的借鉴意义。然而，国产化攻关仍面临一些挑战和机遇，如技术壁垒、市场竞争等，只有通过不断的努力和创新，我国阀门制造业才能取得更大的发展和进步。

参考文献

[1]朱云霞。S-Zorb技术的完善与发展【J】,炼油技术与工程,2013,（39）08.

[2]张琨。程控球阀在S-Zorb装置上的应用【J】,炼油技术与工程,2013,（43）10.