焦化塔底阀研制及应用
在现代炼油工业中，焦化过程是提高渣油中轻质油产出率的重要途径。延迟焦化生产工艺是一个半连续化过程，即当一个塔内焦炭聚结到一定高度时进行切换，通过四通阀将原料切换进另一个焦炭塔，系统切换后进行除焦。原来的塔用汽和水冷却焦层至70℃以下开始除焦，除焦前先排放塔内残余水分，再人工拆除塔底盲盖，利用从水力切焦器嘴喷出的高压水（约30MPa）将焦炭切割下来，除焦结束后人工安装塔底盲盖。这一过程一般24～48h循环一次，操作繁琐，辅助操作所需时间长，不易保养，不利于安全及环保，运行成本及维修费用高。焦化塔底阀的应用，取代了原有的焦炭塔底盲盖或塔底盖机，减轻了工人劳动强度，缩短了除焦辅助时间（可适当提高除焦温度，在每个结焦循环中，没有拆卸、清洁、组装要求），增加了产量，减少了易损件消耗，改善了除焦的劳动条件。使用焦化塔底阀后，焦化装置改造成一个封闭的管线系统，使炼油设备在结焦循环中连续运行。
2 结构设计
为了取代焦化装置塔底盲盖及塔底盖机，提高装置使用的可靠性、安全性及经济性，焦化塔底阀应具有易操作和易控制的结构型式，高实用和高可靠的性能，较少的维修量和使用成本，较低的泄漏量，承受热冲击的能力，完全适应进料工况及合理的制造成本。
2.1 设计参数
设计温度 520℃
使用温度 500℃
公称直径 <1500mm
设计压力 0.8MPa
最大操作压力 0.35MPa
有效行程 1600mm
行程速度 533～400mm/min
防爆等级 ExdⅡBT4
泄漏量 介质零泄漏
与一般高温平板闸阀相比，焦化塔底阀的通径较大（<1500mm以上），泄漏量等级要求高。热油在没有形成焦炭前如果发生泄漏会发生火灾，因此焦化塔底阀要求达到介质的零泄漏，而普通大口径高温平板闸阀一般允许微量泄漏。为了适应工况需求，阀门密封副必须能够随着温度的升降自动吸收膨胀与补偿收缩，密封副必须为硬面密封，以便在开阀过程中刮除焦炭。阀门需要与焦炭塔相关控制参数实现联锁，以确保安全可靠。阀盖内部必须能够屏蔽焦炭，即防止焦炭进入阀盖内部影响阀门正常开关。
2.2 整体结构
焦化塔底阀 由上部进料段、下部排焦段、中间阀体（包括密封副等）、左右阀盖、中间支架、动力油缸、液压油站和逻辑控制箱等组成。
焦化塔底阀采用平板闸阀形式，结构紧凑，易于实现阀门全开状态时阀体与阀盖中腔的密封。国外的焦化塔底阀一般没有中间支架，油缸杆起到阀杆的作用，结构较短，增设中间支架后总长虽然增加约1m，但易于实现机械锁位，并使油缸杆不进入阀体内，便于更换填料、检修油缸。
中间阀体的上下阀口均可做为检修口，检修时可不拆卸带进料段的上法兰。上部进料段的法兰采用标准型凸凹面或榫槽型结构，下部法兰采用非标准凸凹面结构的法兰。上下均可拆卸的法兰结构便于加工和安装，检修及更换密封元件灵活性较强。
2.3 密封副
焦化塔底阀密封副由阀板和上下阀座组成，下阀座为固定结构，上阀座为浮动结构，可自动吸收膨胀与补偿收缩，保持阀板与阀座间的一定比压。阀座总压力由弹性组件提供，弹性组件数量为60～65组，每组由螺柱、螺母、弹簧座、耐高温碟形弹簧等组成。弹性元件装入阀座前先预压，预压后将螺栓与螺母点焊防松，装入动密封圈后继续压缩至所需压力。高温时由于热膨胀，碟形弹簧压缩量增加，对动密封圈压力也增加。因此阀板与座圈之间的比压增大，开阀时由于温度降低，弹性元件恢复原有压缩量，不影响阀门的开启力。
工作时阀盖内通蒸汽，蒸汽压力高于介质压力。蒸汽通过阀板与座圈间隙泄漏到焦化塔内，起辅助密封作用，即蒸汽密封。下阀座上表面安装的柔性密封圈是防止蒸汽泄漏到大气中。填料则是防止介质热油（未结焦前）进入弹性组件而结焦，影响弹簧正常工作
焦化塔可以有3种进料方式，即垂直进料、水平进料及斜向上30°进料。在没有使用焦化塔底阀之前，进料方式一般为垂直进料，进料效果较好。针对焦化塔底阀的实际结构，通过采用CFD技术模拟计算了3种结构的进料情况。水平进料结构对进料管对面的塔壁存在一定程度的冲击，并且进料分布均匀性低。30°向上进料除焦时易发生堵塞的问题。周向进料容易实现良好的进料分布，但模拟显示，周向进料时现有结构的4个支管流速不均匀，特别是最远端的支管与进料总管存在短路现象。基于对各种进料方式的分析并参照国外成熟经验，选择了斜向上30°进料方式
焦化塔底阀在开阀的过程中大量吹扫蒸气通过阀板开口溢出，压力减小，不足以阻止塔内焦炭粉末或颗粒进入阀中腔。当阀盖内存积大量焦炭粉末或颗粒后，就会影响阀门正常开关动作，因此，设计焦炭屏蔽罩，防止焦炭粉末进入阀盖中腔。
屏蔽罩固定在阀体上。在开阀瞬间，允许蒸汽通过的间隙很小，蒸汽耗量没有明显增大，保证了蒸汽的压力，阻止了焦炭粉末或颗粒向阀盖中腔的泄漏。
2.6 控制装置
焦化塔底阀采用电液执行机构相关设计参数如表1所示。控制油站为单泵、一站两阀及泵控方案。电气逻辑控制箱采用继电器逻辑控制，主要是把焦化塔底阀与塔顶温度、塔顶压力等工艺参数进行逻辑联锁，实施控制室和现场操作站两级授权操作，确保焦化塔底阀操作安全可靠。
