1. 高压调节阀选型概述
在石化加氢装置中，高压调节阀的选型至关重要，它直接关系到装置的安全、稳定和经济效益。因此，对高压调节阀进行合理选型，是确保装置长期、安全、高效运行的关键。以下是对高压调节阀选型过程的详细分析。
1.1 类型及结构选型
在渣油加氢装置中，高压调节阀通常选用气动阀，其阀体结构可分为高压直通调节阀和高压多级降压角阀。高压直通调节阀适用于高静压、低压差场合，而高压多级降压角阀则适用于高静压、高压差液相场合。根据实际应用场景的不同，选择合适的阀门类型和结构，以满足工艺要求。
1.2 阀体及阀内件材质选择
阀体及内件的材质选择是高压调节阀选型中的重要考虑因素。在含有H2S的介质中，调节阀接液材料应进行抗H2S腐蚀处理，以满足NACE MR 0103：2007的要求。根据不同的工作温度和介质特性，选择合适的材料，如A216-WCC特种碳钢、A217-WC9特种合金钢或A351-CF8C奥氏体不锈钢等，以确保阀门的耐腐蚀性和长周期使用。
1.3 CV值选择
额定流量系数CV值的选择对调节阀的调节品质和采购价格有直接影响。对于等百分比流量特性调节阀，应选择合适的CV值，确保工艺流量对应的调节开度在20%～90%之间。对于线性流量特性调节阀，应确保工艺流量对应的调节开度在20%～80%之间。合理的CV值选择有助于提高调节阀的调节性能和降低噪音。
1.4 执行机构的选择
执行机构的选择取决于阀门的开关动作时间和输出力的要求。对于参与工艺联锁动作的高压开关阀，应选用气动执行机构以实现动力故障安全性。根据具体工况，可以选择单作用弹簧复位单气缸式或双作用双气缸式执行机构。对于不涉及联锁保护安全功能的高压开关阀，可以选用电动执行机构，因其可靠性较高，不易发生误动作。
1.5 设计应用
在实际应用中，某炼油厂的渣油加氢项目选用了多种高压调节阀，包括高压直通调节阀、高压多级降压角阀、高压气动开关球阀和高压电动开关球阀。这些阀门的压力等级范围为Class900～Class2500，涵盖了从新氢压缩机逐级压力返回位置到热高压分离器底出口等多个关键部位。通过合理的选型和设计，这些阀门能够满足装置在不同工况下的需求，保证装置的安全、稳定运行。
2. 设计参数与技术要求
2.1 设计参数细化
在石化加氢装置中，高压调节阀的设计参数是确保阀门能够在高压、高温、临氢等苛刻工况下长期稳定运行的关键。设计参数包括但不限于阀门的公称直径、压力等级、工作温度、材料选择以及特殊工况下的定制要求。
公称直径和压力等级：根据工艺流程的需求，选择合适的公称直径和压力等级。例如，在渣油加氢装置中，高压调节阀的压力等级通常为Class900～Class2500，以适应高达20 MPa的操作压力。
工作温度：阀门的工作温度应覆盖装置的操作温度范围，如渣油加氢装置的操作温度可达到397℃。
材料选择：阀门的材料必须能够承受高压、高温以及具有抗H2S腐蚀的能力。常用的材料包括A216-WCC特种碳钢、A217-WC9特种合金钢和A351-CF8C奥氏体不锈钢，它们的选择取决于介质的温度、压力和腐蚀性。
2.2 技术要求深入分析
技术要求是确保高压调节阀在实际应用中满足性能指标和安全标准的必要条件。
抗腐蚀性能：阀门必须能够抵抗介质中的腐蚀性成分，如H2S。这要求阀门材料满足NACE MR 0103：2007标准，以防止硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）。
强度和刚度：阀门的结构设计必须保证足够的强度和刚度，以承受高压差和温度波动带来的机械应力。
密封性能：阀门的密封性能必须满足零泄漏的要求，特别是在高压和有毒介质的应用中。
流量特性：阀门的流量特性应根据工艺要求选择，如等百分比或线性特性，以实现精确的流量控制。
动作响应时间：对于气动或电动执行机构，阀门的动作响应时间必须满足工艺联锁和控制要求，以确保快速响应和系统的安全性。
材料兼容性：阀门的所有部件，包括阀体、阀芯、阀座和密封件，必须与工艺介质兼容，以防止材料降解和性能下降。
维护和可靠性：阀门的设计应便于维护，并具有高可靠性和长寿命，以减少维护成本和装置的停机时间。
2.3 特殊工况下的定制要求
在某些特殊工况下，如高压差、高气化率或含有固体颗粒的介质，可能需要对高压调节阀进行定制设计。
高压差调节：对于高压差应用，阀门可能需要采用多级降压结构，以减少压降引起的气蚀和噪音。
高气化率介质：在高气化率介质中，阀门的设计必须考虑到介质的相变，可能需要采用特殊的流道设计和材料选择。
固体颗粒处理：对于含有固体颗粒的介质，阀门的设计应能够防止颗粒在阀门内部沉积和磨损，可能需要采用特殊的流道设计和硬化表面处理。
通过深入分析设计参数和技术要求，可以为石化加氢装置中的高压调节阀提供全面的选型和设计指导，确保阀门在苛刻工况下的可靠性和性能。
3. 阀体与阀内件结构
3.1 阀体结构设计
阀体是高压调节阀的主要承载部件，其结构设计必须满足高压工况下的强度和稳定性要求。在石化加氢装置中，阀体通常采用铸造或锻造成型，以确保足够的机械强度和密封性能。
3.2 阀内件结构优化
阀内件包括阀芯、阀座、导向套等关键部件，它们的结构设计直接影响调节阀的流量特性、密封性能和使用寿命。
阀芯设计：阀芯的形状和表面处理对调节阀的流量特性和密封性有重要影响。常见的阀芯设计有平衡式和非平衡式两种，前者通过减少阀芯上的不平衡力来降低执行机构的推力需求，后者则适用于高压差场合，以承受较大的压差。
阀座结构：阀座的密封面通常采用硬化处理，以提高其耐磨性和抗腐蚀性。在高压差应用中，阀座的设计还应考虑到压力平衡，以防止高压介质对阀座的单边冲击。
导向套设计：导向套的作用是引导阀芯的直线运动，减少摩擦和磨损。在高压调节阀中，导向套的设计必须确保在高压工况下仍能保持良好的导向性能。
3.3 材料选择与兼容性
阀体和阀内件的材料选择应考虑到介质的温度、压力和化学性质，以及潜在的腐蚀性。
高温工况：在高温工况下，材料的蠕变强度和热稳定性是关键因素。常用的材料包括奥氏体不锈钢、镍基合金和铁基合金等，它们能够在高达400℃以上的环境中保持稳定的机械性能。
高压工况：高压工况下，材料的屈服强度和抗拉强度是主要考虑因素。锻造材料因其更高的强度和更好的密封性能而被广泛应用于高压调节阀。
腐蚀性介质：对于腐蚀性介质，如含有H2S的渣油，阀体和阀内件的材料必须具有良好的耐腐蚀性。常见的耐腐蚀材料包括316L不锈钢、双相不锈钢和镍基合金等。
3.4 特殊结构设计
在某些特殊工况下，如高压差、高气化率或含有固体颗粒的介质，可能需要对阀体和阀内件进行特殊设计。
多级降压结构：在高压差应用中，采用多级降压结构可以有效地减少阀门进口和出口之间的压降，降低气蚀和噪音。
抗气蚀设计：在高气化率介质中，阀门的设计必须考虑到介质的相变，可能需要采用特殊的流道设计和材料选择，以防止气蚀现象的发生。
固体颗粒处理：对于含有固体颗粒的介质，阀门的设计应能够防止颗粒在阀门内部沉积和磨损，可能需要采用特殊的流道设计和硬化表面处理。
4. 执行机构选型
4.1 执行机构类型与应用场景
执行机构的选型对于高压调节阀的性能至关重要，它直接影响阀门的响应速度、控制精度和可靠性。在石化加氢装置中，常用的执行机构有气动执行机构和电动执行机构。
气动执行机构：适用于需要快速响应和实现紧急切断的场景。气动执行机构具有输出力大、动作迅速的优点，适合于高压、大口径阀门的控制。根据工艺要求，可以选择单作用或双作用气缸式执行机构。单作用执行机构在动力故障时可以实现自动复位，而双作用执行机构则需要备用气源以保证动力故障时的安全性。
电动执行机构：适用于对控制精度要求较高的场合。电动执行机构具有控制精度高、运行稳定的特点，适用于需要精确调节的工况。电动执行机构通常用于那些不需要快速响应，但对调节精度和稳定性要求较高的场合。
4.2 输出力与响应时间
执行机构的输出力和响应时间是选型时的重要参数，它们决定了阀门能否满足工艺过程对控制速度和控制精度的要求。
输出力：执行机构的输出力必须能够克服阀门在最大压差下稳定操作所需的力。对于高压调节阀，尤其是那些在高压差工况下工作的阀门，执行机构的输出力尤为重要。输出力的计算应考虑介质的压力、阀门的尺寸和结构等因素。
响应时间：执行机构的响应时间应满足工艺对阀门快速动作的需求。在紧急切断或快速调节的场景中，响应时间是关键参数。气动执行机构通常具有较短的响应时间，而电动执行机构的响应时间则取决于电机的转速和减速器的传动比。
4.3 安全性与可靠性
执行机构的安全性和可靠性对于保障石化加氢装置的稳定运行至关重要。
安全性：执行机构应具备在动力故障时能够将阀门置于安全位置的能力。对于气动执行机构，可以通过选择单作用弹簧复位式或配备备用气源罐来实现；对于电动执行机构，则需要考虑电源故障时的保护措施，如电池备份或超级电容器等。
可靠性：执行机构的可靠性直接影响阀门的可用性和维护成本。在选型时，应选择那些具有良好市场口碑和长期运行业绩的执行机构品牌。同时，执行机构的设计应考虑到易于维护和更换，以减少装置的停机时间和维护成本。
4.4 环境适应性
执行机构的环境适应性包括其对环境温度、湿度、腐蚀性介质和爆炸性气体的耐受能力。
环境温度：执行机构应能够在装置所处的环境温度范围内正常工作，对于高温或低温环境，需要选择相应的耐高温或耐低温型号。
湿度和腐蚀性介质：在潮湿或腐蚀性环境中，执行机构的外部保护和材料选择必须能够抵抗腐蚀，确保长期稳定运行。
爆炸性气体：在可能存在爆炸性气体的环境中，执行机构必须符合相应的防爆标准，如本安型或隔爆型，以确保装置的安全运行。
5. 性能参数
5.1 压力等级与温度范围
高压调节阀的性能参数首先体现在其能够承受的压力等级和温度范围。在石化加氢装置中，调节阀常常需要在高达20 MPa甚至更高的压力下工作，因此阀门的压力等级通常为Class 900至Class 2500。同时，阀门需要能够在操作温度范围内稳定运行，对于渣油加氢装置，这一温度范围可达到397℃。
5.2 额定流量系数(CV值)
额定流量系数(CV值)是衡量调节阀流通能力的重要参数，它直接影响调节阀的调节精度和响应速度。在选型时，应根据实际工艺流量和阀门全开时的最大流量来确定CV值。对于等百分比特性的调节阀，CV值的选择应保证工艺流量对应的调节开度在20%至90%之间；而对于线性特性的调节阀，调节开度应保持在20%至80%之间。
5.3 泄漏等级
泄漏等级是评价调节阀密封性能的关键指标。在石化加氢装置中，由于介质的易燃易爆特性，对调节阀的泄漏等级有严格的要求。通常，调节阀的泄漏等级应满足ANSI B16.104或API 598标准，确保在高压工况下的密封可靠性。
5.4 回差与线性度
调节阀的回差和线性度是影响调节精度的重要参数。回差是指调节阀在开启和关闭过程中，流量变化与阀杆位移变化之间的差异。而线性度则是指调节阀的流量变化与阀杆位移变化之间的线性关系。在石化加氢装置中，调节阀的回差应小于全行程的1%，线性度应小于全行程的±1%，以确保调节过程的精确性和稳定性。
5.5 允许压差
允许压差是调节阀能够承受的最大压差，它直接影响调节阀的降噪效果和气蚀保护。在选型时，应根据工艺流程中的最大压差来确定调节阀的允许压差。对于高压多级降压角阀，其内部的多级降压结构可以有效降低压差，减少气蚀和噪音，保证阀门的长期稳定运行。
5.6 动作响应时间
动作响应时间是调节阀执行机构在接收到控制信号后，阀门从一位置移动到另一位置所需的时间。在石化加氢装置中，尤其是对于参与工艺联锁的调节阀，快速的动作响应时间是保证装置安全的关键。因此，执行机构的选型应考虑到其响应时间，以满足工艺对控制速度的要求。
6. 应用案例分析
6.1 案例背景介绍
在石化行业中，高压调节阀的正确选型对于保障加氢装置的稳定运行至关重要。以下是几个典型的应用案例，通过这些案例分析，可以进一步了解高压调节阀在实际工况中的性能表现和选型要点。
6.1.1 渣油加氢装置应用案例
渣油加氢装置在操作过程中面临高压、高温和高腐蚀性介质的挑战。在这种工况下，高压调节阀需要具备优异的耐腐蚀性和高强度性能。例如，某炼油厂的渣油加氢项目中，选用了18套高压直通调节阀和16套高压多级降压角阀，这些阀门的压力等级范围为Class900至Class2500，满足了装置在不同工况下的需求。
6.1.2 超高压调节阀在EVA装置的应用
扬子石化电仪中心EVA装置首次成功应用了11台超高压调节阀，这些调节阀采用液压油驱动方式，工艺介质压力高达220兆帕。通过技术人员对超高压阀门技术的深入研究和精心调校，这些阀门均达到了装置开车投用标准，为EVA装置的稳定运行提供了有力保障。
6.2 选型关键因素分析
通过对上述案例的分析，可以总结出高压调节阀选型的几个关键因素。
6.2.1 压力等级与温度范围匹配
高压调节阀的压力等级和温度范围必须与石化加氢装置的工作条件相匹配。例如，在渣油加氢装置中，核心反应操作压力达到20 MPa，操作温度达到397℃，因此选用的压力等级为Class900至Class2500的调节阀。
6.2.2 材质选择与耐腐蚀性能
阀门的材质选择应考虑到介质的腐蚀性，尤其是对于含H2S介质的工况。在渣油加氢装置中，调节阀接液材料进行了抗H2S腐蚀处理，满足了NACE MR 0103：2007的要求。
6.2.3 CV值与流量特性
合理的CV值选择对于调节阀的调节性能至关重要。在EVA装置案例中，通过精准计算零点、量程的设定值，解决了液压油阀门控制器信号转换难题，确保了调节阀的精确控制。
6.2.4 执行机构的可靠性
执行机构的可靠性直接影响调节阀的响应速度和控制精度。在渣油加氢装置案例中，选用了气动执行机构和电动执行机构，以满足不同工况下的控制需求。
6.3 应用效果评估
通过对实际应用案例的评估，可以验证高压调节阀选型的合理性和有效性。
6.3.1 安全稳定性
在渣油加氢装置和EVA装置的应用案例中，高压调节阀均表现出良好的安全稳定性，未出现因阀门故障导致的装置停车事故。
6.3.2 调节性能
合理的选型确保了调节阀具有良好的调节性能，满足了工艺流程对流量控制的要求。例如，在EVA装置中，通过精确控制原油流入蒸馏塔的量，优化了操作，提高了产量和效率。
6.3.3 维护成本
选用高性能的调节阀有助于降低维护成本和装置的停机时间。在渣油加氢装置案例中，通过选用耐腐蚀性和高强度性能优异的调节阀，减少了阀门的更换频率，节约了维护成本。
7. 选型标准与规范
7.1 国家标准与行业规范
在石化加氢装置中，高压调节阀的选型必须遵循一系列国家标准和行业规范，以确保阀门的安全性、可靠性和性能指标满足要求。
GB/T 12224：这是通用阀门的压力-温度等级规范，规定了不同压力等级下阀门材料的最大允许工作压力和温度。
NB/T 47044：这是电站阀门的规范，涵盖了阀门的设计、制造、检验和试验等方面，特别适用于高温高压的电站阀门。
JB/T 11484-2013：《高压加氢装置用阀门技术规范》是专门针对高压加氢装置用阀门的技术要求，包括了阀门的材料选择、结构设计、性能参数和检验规则。
7.2 材料选择标准
阀门的材料选择应符合以下标准，以确保在高压、高温和腐蚀性介质中的长期稳定运行。
7.3 性能参数规范
阀门的性能参数，如压力等级、温度范围、CV值、泄漏等级等，必须符合以下规范。
7.4 安全与环保要求
在选型时，还需考虑安全与环保要求，确保阀门在运行过程中不会对环境造成污染，同时保障操作人员的安全。
通过遵循上述标准与规范，可以确保石化加氢装置中的高压调节阀在各种工况下都能稳定可靠地运行，满足装置的安全生产要求。
鄂公安备案号：42011602001080号 
