[发明专利]用于阀密封的系统和方法

说明书

本发明的一些方面涉及一种用于密封石油精炼过程中的除渣阀或隔离阀的系统。一些方面涉及一种用于防止阀内的石油产物和蒸汽泄漏的波纹管密封件。一些方面涉及一种用于约束动态阀座相对于阀座基础结构的运动的限位器。

技术领域

本发明主要涉及用于阀密封的系统和方法。

背景技术

在处理原油的石油精炼操作中，经常会产生几乎无价值的渣油。可以使用称为延迟焦化的过程来增加渣油的价值。当在延迟焦化机中进行处理时，渣油在炉中加热到足以引起破坏性蒸馏的温度，其中大部分的渣油被转化或“裂解”为有用的烃类产品，而剩余物产生残留石油副产物，被泵送到已知为焦炭塔的大型容器中。

焦炭生产是分批过程。每个延迟焦化机单元通常都包含一个以上焦炭塔。在延迟焦化中，进料材料是来自真空蒸馏塔的典型残留物，通常包括其它重油。进料在送到一个焦炭塔中时被加热。进料以870至910华氏度的温度到达焦炭塔。典型塔顶压力(drumoverhead pressure)在15至35PSIG的范围内。焦化给料(coker feedstock)在焦炭塔中作为热液体浆料沉积。在这些条件下，裂化继续进行，并且产生的轻馏分从焦炭塔的顶部流出，被送到分馏塔，所述馏分在分馏塔处分离为气态产物和液态产物。另外产生称为焦炭的固体残留物，其保留在焦炭塔中。当一个焦炭塔被填满时，来自炉的渣油被转移到另一焦炭塔。当一个焦炭塔被填充至所需容量时，并且在给料被转移到另一焦炭塔之后，通常将水蒸汽(steam)引入到焦炭塔中，以从固体材料中脱去烃蒸气(hydrocarbon vapor)。焦炭塔中的剩余材料冷却，并被急冷。在焦炭塔冷却时形成固体焦炭，其必须从焦炭塔中去除以便可以重复使用焦炭塔。当焦炭在一个焦炭塔中被冷却，并且在从该焦炭塔中取出冷却后的固体焦炭时，作为延迟焦化过程的部分，用第二焦炭塔来接收连续生产的焦炭给料。多个焦炭塔的使用允许精炼厂连续地操作炉和分馏塔。通常，焦炭塔切换是在10至24小时的范围内。

在典型焦化操作中，元件在焦化操作中经受剧烈热变化。例如，焦炭塔被填充处于约900华氏度的进入副产物，之后在急冷至接近环境温度后冷却。毫不奇怪，这种重复性热循环会产生或引起严重问题，包括在阀系统的各种组件上引起斯塔克热分布差异(starkheat distribution variance)。在焦化操作中使用的被加热的残留副产物不仅与焦炭塔接触，而且与阀和阀座组件接触。这种加热及之后的冷却可导致阀系统内的各种元件的膨胀。如前所述，延迟焦化过程通常包括至少两个容器，以便在一个容器被填充时，另一容器被清除材料并准备接收另一批副产物。因而，在停机周期(off cycle)中，当容器被清除其内容物时，容器将冷却并返回到平衡状态。正是这种将热残留副产物分配到冷焦炭塔中并且之后对副产物冷却的循环模式在焦炭塔、阀、阀部件和管道内引起热差和应力。对于焦炭塔、阀或管道的这种周期性加载、卸载、加应力和消除应力称为热循环。热循环通常导致焦炭塔、阀及其部件的弱化或疲劳，这可能导致组件的使用寿命缩短。在阀座系统的各个组件之间存在的不均匀热分布或热变化可导致阀组件和阀体的寿命缩短。

而且，由于焦炭是用压力形成的，因此除渣阀(deheading valve)必须形成密封，以允许在焦炭塔内构建压力。该密封通常使用除渣阀的组件之间(诸如阀座和盲板之间)的紧密公差来形成。但是，这些紧密公差增大了在阀座之间滑动盲板以打开和关闭阀所需的力。而且，由于该压力，通常使除渣阀的内部隔室被加压，诸如因向内部隔室提供水蒸汽。如果除渣阀不能提供良好密封，则大量水蒸汽将会逸出，从而增加了生产所需的蒸汽总量。在许多情况下，供应水蒸汽以对阀加压的成本会是很高。因而，防止过量水蒸汽泄漏的阀为系统提供了附加的经济性。

除了清焦(decoking)除渣应用外，其它石油精炼应用也可以利用类似阀技术。例如，隔离阀通常用于控制烃产物的流量。这些应用包括清焦阀、旁通阀、输送管线阀和其它应用。这些应用也会需要阀体中的蒸汽压力，以抵消管线压力并防止烃类产物流入到阀中。这些阀还会因优良密封性防止蒸汽损失和不必要阀维护而受益。

发明内容