冷壁单动滑阀高温区内件失效原因与对策

唐信 (中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

滑阀在运行使用的过程中，主要依靠阀芯的滑动，使得流体的出口位置发生改变，进而控制流体的流向，是炼油催化裂化装置中，发挥控制作用的主要装备之一。滑阀包括多种不同形式，其中冷壁滑阀主要以内设耐磨隔热衬里的方式加以工作，根据阀板的作用形式又可分为冷壁单动滑阀和冷壁双动滑阀。单动滑阀作用于催化裂化装置的反应器部位，调节催化剂的流量，避免生产事故发生。

1 冷壁单动滑阀结构特点及应用

冷壁单动滑阀主要包括阀体、阀盖、导轨、阀杆、阀座圈、节流锥和衬里等结构，其内部结构与热壁滑阀也基本相同。冷壁单动滑阀的阀体外侧的温度通常较低，一般在350 ℃之内，一般采用钢材制造而成，成本通常较低。(1)阀体。冷壁滑阀的阀体设计较为便捷，一般外壁温度较低，且热膨胀程度较小。在阀体和阀盖相连接的位置，温度更低，且密封性良好。阀体结构的尺寸通常较大，且结构较为复杂，其内部通常设有用来提升耐磨性和隔热的衬里。(2)节流锥。冷壁滑阀节流锥与阀体相连，一般通过焊接方式连接，无底盘设计，根据其不同连接类型，又可分为螺栓连接型、加过渡段型等，但其都具有耐高温的特点，能够在高温环境下向下膨胀，避免对衬里造成影响。(3)阀座圈。阀座圈一般为平板形式，一般采用厚钢板制造而成，与阀板的衬里层相互作用，形成台阶式分布，以此降低催化剂对阀座圈表面的冲刷影响。(4)导轨。阀座圈小台阶处安装有导轨，且其接缝处不会受到气流冲刷影响。通常情况下，导轨与阀口距离较远，以延长使用期限。(5)阀杆。冷壁单动滑阀的阀杆表面一般采用喷焊硬质合金的方式进行加工，对于阀杆的加工要求较高，精度需求较高。通常喷焊层较厚，且表面较为粗糙，以便运行较长的周期[1]。(6)阀体结构。冷壁单动滑阀的阀体结构一般选择焊接性较好的材料，以保证制作质量。其外形一般为等径三通结构，以焊接方式使得滑阀装置与管道相连。阀体的内外尺寸与管道相同，利用双层衬里，提高其耐磨性。

滑阀是重要的催化裂化装置，相较于热壁滑阀而言，冷壁滑阀的制作过程更为便捷且阀体的耐高温、耐磨性更强，密封连接效果更好，能够有效避免泄漏问题出现，是当前所研发和使用的性能更好的滑阀类型。冷壁滑阀阀体的最大设计温度能够达到将近1 000 ℃，可以适应高压、高温的环境，使得催化裂化装置的耐受能力增强，使得滑阀的操作和控制过程更具稳定性和可靠性。并且，滑阀衬里的作用能够使得其外部温度低于350 ℃左右，保证生产工艺的安全性。目前在我国多个炼油化工企业中都陆续使用了自行设计制造的冷壁滑阀，尤其冷壁单动滑阀更是设计制造出了各种规格类型，以满足生产要求。

2 冷壁单动滑阀高温区内件失效原因与对策

2.1 导轨结构的失效原因与修复对策

对于冷壁单动滑阀而言，其高温区内件中导轨结构出现故障并失效是常见的问题。导轨结构主要为L形截面，结合V型槽的设计方式，以避免受到滑阀工作过程中高温流态化催化剂的冲刷影响。常见的导轨失效类型主要包括钴络钨硬质合金层的磨损、钴络钨硬质合裂痕裂纹以及端部母材缺肉问题。

2.1.1 导轨钴络钨硬质合金层的磨损

钴络钨硬质合金层主要存在于导轨与阀板的连接位置，以焊接的方式存在，该区域合金的厚度基本超出3 mm，并在常温环境下，硬度在40 HRC以上。在滑阀使用过程中，由于长期调节开关操作，便会导致导轨与阀板连接位置的合金因长期摩擦而出现磨损问题，通过导轨的外形尺寸，能够有效判断出具体磨损情况和程度。

针对导轨钴络钨硬质合金层的磨损失效问题，通常有两种修复方法。若是合金层的磨损量低于0.5 mm时，其仍然符合结构设计的要求，此时可继续使用该合金层，并不需将其剔除。若是合金层的磨损量高出0.5 mm时，此时的合金层硬度已不符合结构的设计标准与要求，此时就需要将原有合金层剔除，并在原位置重新焊接堆置硬质合金层，使其达到要求的尺寸[2]。

2.1.2 导轨钴络钨硬质合金层的裂痕裂纹

一般情况下，冷壁单动滑阀在平稳运行状态下，其运行周期与催化裂化相似，通常在3～5年期间，在滑阀运行过程中，由于导轨硬质合金层区域长时间受到高温流动催化剂的冲刷影响，使得硬质合金层处于高温环境下，而其热膨胀系数又与导轨母材有所不同，因此，会导致导轨钴络钨硬质合金层出现裂痕裂纹问题，且裂纹的程度各不相同。

在对导轨钴络钨硬质合金层裂纹修复过程中，应首先保证检查的质量，以相关检查质量标准为参考依据，对滑阀导轨硬质合金层区域进行检查，尤其检查其表面的质量情况。在检查过程中，若是发现其存在的裂痕裂纹宽度低于0.25 mm，可适当放宽标准，但若是超出标准值，就必须对裂纹进行修复，并严格避免出现贯穿性裂纹[3]。若是在检查过程中，发现裂纹情况十分严重，与规定质量标准严格不符，那么只能将硬质合金层剔除，重新将其堆砌焊制，以机械加工方式将其修复。

2.1.3 导轨端部母材缺肉

受长期吹扫所形成的导轨端部(即靠近阀盖侧的区域)会出现“缺肉”(母材局部缺失严重，功能受到影响)问题。通常情况下，导致导轨端部母材缺肉的主要原因在于：(1)受吹扫影响，且未在导轨处加设节流孔板，导致对端部母材的吹扫过大且连续进行吹扫过程，导致端部母材受到影响。(2)相比于操作压力，吹扫压力更大，比要求的吹扫压力超出操作压力0.05 MPa的标准要高出得多，导致端部母材无法承受过大的压力[4]。(3)滑阀运行的过程中，所产生的吹扫介质主要为结晶水或富含氧等物质，对母材影响较大。

针对这种失效原因，在修复过程中，一般可使用氮气吹扫或过热干蒸汽吹扫的方式替代。在检查过程中，若发现导轨端部母材的缺肉量在5 mm之内，那么可针对缺肉部位进行适当修补，以机械补焊的方式进行。但若是导轨端部母材缺肉量超出5 mm，此时的导轨强度已难以达到运行标准，此时应将该导轨报废处理，重新更换导轨。

2.2 阀板结构的失效原因与修复对策

冷壁单动滑阀的阀板使用不锈钢材料，且阀板的端部位置和表面都带有耐磨性较高的衬里。在导轨与阀板相连接的位置，也存在堆砌焊制的硬质合金，在阀板表面可体现。阀板结构失效的原因较多，包括阀板的衬里层出现膨胀、阀板表面的衬里层磨损甚至脱落、阀板滑道处硬质合金出现裂纹、阀板端部母材受损等。

2.2.1 阀板耐磨衬里膨胀

在阀板的端部区域以及阀板的表面都带有耐磨性较强的龟甲网锚固衬里，其外观通常呈现为平面矩形。在阀板运行使用的过程中，较为容易出现耐磨衬里膨胀的问题，进而使得阀板的衬里出现不同程度的变形情况，使得其表面不够平整均匀。而对于阀板而言，出现变形情况，就会使得滑阀在开关使用期间可能出现卡死的问题，使得阀板失去其根本的调节开关作用。一般来说，导致阀板耐磨衬里膨胀的原因主要包括母材与龟甲网之间的焊接不稳，出现开裂或脱落问题、滑阀在超出规定标准的高温下运行等。

为了修复阀板耐磨衬里的膨胀问题，需要对其加以检查，若是耐磨衬里的膨胀并未导致阀板的外观出现变形问题，则可以仅将耐磨衬里拆除，并按照相关技术标准重新安装衬里，但若是耐磨衬里的膨胀使得阀板的外观出现严重变形，则还需要对阀板进行修复或是更换。

2.2.2 阀板表面衬里磨损甚至掉落

长期受到滑阀催化剂的冲刷影响，会使得阀板的耐磨层逐渐变薄，将其中的龟甲网逐渐显露出来，进而使得阀板距离阀座圈之间的空隙越来越大，滑阀的调节功能也因此受到影响，造成阀板表面衬里出现磨损甚至脱落的问题[5]。

针对阀板表面衬里磨损的修复，需要在检查中注意磨损程度，若磨损程度低于2 mm，则可以利用机械方式，强制将阀板和阀座圈的间隙缩小，使其恢复标准状态，并不需额外补衬。但若是其中的磨损情况较大，磨损程度超过2 mm，则需要将原有的耐磨衬里拆除，并严格按照相关规定标准对其进行重新补衬。

2.2.3 阀板滑道面硬质合金层裂纹

通常情况下，阀板滑道面的钴络钨硬质合金层出现裂纹的原因与导轨钴络钨硬质合金层出现裂纹的原因相一致，且其修复措施也基本相同。一般情况下，冷壁单动滑阀在平稳运行状态下，在滑阀运行过程中，由于阀板滑道表面的硬质合金层区域长时间受到高温流动催化剂的冲刷影响，使得硬质合金层处于高温环境下，而其热膨胀系数又与阀板母材有所不同，因此，会导致阀板滑道的钴络钨硬质合金层出现裂痕裂纹问题，且裂纹的程度各不相同。

在对阀板滑道钴络钨硬质合金层裂纹修复过程中，应首先保证检查的质量，以相关检查质量标准为参考依据，对滑阀阀板硬质合金层区域进行检查。在检查过程中，若是发现其存在的裂痕裂纹宽度较小可忽略不计，但若是超出标准值，就必须对裂纹进行修复，并严格避免出现贯穿性裂纹。若是在检查过程中，发现裂纹情况十分严重，与规定质量标准严格不符，那么只能将硬质合金层剔除，重新将其堆砌焊制，以机械加工方式将其修复。

2.2.4 阀板端部母材受损

在冷壁单动滑阀运行的过程中，在正常状态下，阀板会受到高温催化剂冲刷的影响，并且还会受到过热蒸汽或压力过大蒸汽的吹扫影响，这些外部因素都会导致阀板端部的母材受损。在阀板使用的过程中，若是导轨与阀板之间存在的空隙处为主要的吹扫部位，那么一旦吹扫不当，将极容易使得阀板端部母材受损。如吹扫连续不间断进行、在吹扫法兰处时，没有按照要求安装节流孔板等，这些操作不当都会使得阀板吹扫量和吹扫程度过大。结合催化剂的冲刷作用，阀板的母材在双重影响下，将容易形成圆形的单坑情况，使得其母材受损。

在检查与修复阀板端部母材受损情况时，如果母材的受损深度低于5 mm且受损程度较小时，可对其机械补焊，在原区域重新焊接阀板母材，直到达到运行标准。如果母材的受损深度高于5 mm，且受损程度较大时，要直接对阀板报废处理，并更换新的阀板。

2.3 阀杆部分的失效原因与修复对策

冷壁单动滑阀的阀杆主要为高温合金钢锻造结构或不锈耐热钢结构，其主要通过集T型接头与密封台肩相结合一体的圆柱球形面结构与阀板相连接。并且，阀板与阀杆之间的连接属于滑动性、灵活性，根据阀座圈的热胀冷缩情况发生不同的位移，并通过阀板的随节流锥进行位移变化以适应其变化情况。阀杆的表面存在硬化层，均匀分布在表面，且硬化层主要为所喷焊的硬质合金，层体较厚。阀杆部分的失效原因主要包括阀杆接触介质部分受损、阀杆硬质铝合金拉伤且阀杆变形、阀杆螺纹端螺纹弯曲或变形、阀杆T型头磨损等。

2.3.1 阀杆接触介质受损

阀杆接触介质受损主要体现于其表面受到冲刷作用影响，造成这种问题的原因主要在于阀杆长期处于非运行状态、阀杆的接触介质部位受到长时间的吹扫蒸汽冲刷或其介质对该部位有所侵蚀，进而使其表面产生程度不一的坑蚀现象。

就阀杆而言，冲刷腐蚀所产生的受损程度往往不会较大，且深度较小，若是通过检查发现侵蚀的深度在0.05 mm之内，那么基本不会影响阀杆的机械强度，因此不需对其进行过多处理，只需要将其表面的坑蚀位置剔除，并在原位置进行重新堆砌焊接即可，但若是侵蚀深度超出0.05 mm，则需要对阀杆报废处理。

2.3.2 阀杆硬质合金层拉伤、阀杆变形

在长期运行的过程中，由于冷壁单动滑阀在调节和推拉开关期间，会使得阀杆受到催化剂的影响，使得滑道出现堆积进而使得阀杆受到阻碍。在这种情况下，阀杆便会与注油环或填料函处的填料挡圈之间发生摩擦，而摩擦若是不能及时解决，在长期的累积下，便会使得阀杆的喷焊层出现大范围的破坏问题，严重时还会导致阀杆出现变形或拉伤等情况[6]。

针对这一失效问题，在对阀杆修复的过程中，需要判断阀杆的变形程度。倘若阀杆的变形程度在2 mm之内，并且变形拉伤区域范围较小时，可直接对阀杆进行校直处理，并将硬质金属层剔除，利用机械补焊的方式重新镀层，直到达到要求的标准。但若是阀杆的变形量超出了2 mm，此时利用校直处理方法将难以使其恢复原本的形态，且此时的变形拉伤范围一般较大，因此需直接报废处理。

2.3.3 阀杆螺纹端螺纹变形弯曲

螺纹端主要存在于阀杆和执行机构丝杠连接的位置，也就是滑阀的开合螺母联轴位置，该位置出现变形弯曲的原因主要在于阀杆与丝杠之间发挥连接作用的开合螺母出现松动问题，或阀板的卡阻使得推拉力过大等，这些情况都会使得螺纹端的螺纹发生变形弯曲。

针对这种失效情况，在修复过程中，一般需现场对其进行拆解，观察其变形程度。如若阀杆的变形程度小于4 mm，则需对其进行相应的校直处理，但若是其变形程度大于4 mm，则难以利用校直处理将其完全恢复，使其正常运行，只能对其报废处理。

2.3.4 阀杆T型头磨损

在滑阀正常运行和使用的过程中，阀杆主要通过推拉的操作控制和调节滑阀的开关。由于其工作性质及功能，导致其在长期运行和使用的过程中，阀杆的T型头位置很容易受到高温催化剂涡流的影响出现磨损问题。造成阀杆T型头磨损的原因有多种，包括(1)阀杆的底部流道所产生的催化剂涡流使得阀杆受到磨损。(2)阀杆区域受到的吹扫程度过大。(3)阀杆区域的介质流量过大，甚至超出最大的流量值，使得滑阀的整个内部流道受到磨损问题。(4)滑阀与管道外的吹扫区域相连接，使得滑阀介质的流通受到干扰，进而使得阀杆T型头受到涡流的影响出现磨损。

针对阀杆T型头的磨损情况，在修复时根据磨损程度进行判断和采取针对性措施。若是磨损程度较轻，则可以进行适当的补焊工作，使其恢复至原本的形态，但若是磨损程度较为严重，则只能对其进行报废处理。

2.4 阀座圈的失效原因与修复对策

冷壁单动滑阀的阀座圈主要使用不锈钢材料，以铸件结构存在，通常其失效部分发生在阀口位置，由于阀口区域的龟甲网纤维能够有效提高衬里的耐磨性。阀座圈的主要失效类型包括阀口耐磨衬里磨损、阀口耐磨衬里脱落以及母材缺肉。

2.4.1 阀座圈阀口耐磨衬里磨损严重

在滑阀长时间运行的环境下，阀座圈处于长周期运行状态，并在正常工况下，将长期受到高温催化剂的冲刷影响，使得其阀口区域的耐磨衬里出现严重的磨损情况，且磨损程度各有不同。

应对阀口耐磨衬里的磨损问题，需要对其加强检查，若发现阀口耐磨衬里磨损仅为部分区域或小面积情况，则可进行适当的修补工作，但若是磨损区域较大，程度较为严重，则需要尽快更换衬里。

2.4.2 阀座圈阀口耐磨衬里掉落

导致冷壁单动滑阀的阀座圈阀口耐磨衬里掉落的问题，主要包括两种原因。其一，在长期高温环境下，阀口耐磨衬里的挡圈焊缝出现开裂情况，进而使得衬里脱落。其二为在长期的交变高温环境下，阀口隔板出现开裂问题，进而使得内部的衬里出现脱落。

为了修复耐磨衬里的脱落问题，需要直接更换耐磨衬里、衬里挡圈或将隔板拆除，重新更换隔板，严格按照相关技术规范标准，对阀口进行重新衬里工作。

2.4.3 阀座圈母材缺肉

导致阀座圈母材缺肉的主要原因在于受到滑阀导轨的不断吹扫，且吹扫强度较大或是吹扫的蒸汽压力较高，超出阀座圈母材所能承受的范围，又或是由于催化剂的作用，在阀座圈出现涡流问题，进而使得母材缺肉。针对阀座圈母材缺肉的问题，应对其缺肉情况进行详细检查。在检查期间，若判断母材缺肉的深度在2 mm之内，且不存在严重的变形情况，则可以对其机械补焊方式，对其加以修补，但若是缺肉的深度超出2 mm，则代表阀座圈已难以满足滑阀运行标准，此时就需将阀座圈报废处理，更换新的阀座圈。

3 结语

综上所述，冷壁单动滑阀高温区内件主要包括导轨、阀板、阀杆、阀座圈等结构，且这些结构出现失效问题主要受到衬里磨损、脱落、硬质合金层受损、母材受损等多方面影响，主要由于高温催化剂的冲刷或吹扫不规范导致的。因此，必须加强对相应结构的检查和修复，以维护滑阀正常运行。