CN113383185A - 用于阀密封的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

用于阀密封的系统和方法
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
本发明涉及用于石油产物管道和清焦除渣阀应用的阀系统。特别是，本发明涉及一种密封和保持系统，其用于防止蒸汽损失，同时维持适当密封以防止产物泄漏。
本发明的这些和其它特征和优点将在下面的说明和所附的权利要求书中阐明或变得更加完全明显。这些特征和优点可以通过所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。此外，本发明的特征和优点可以通过本发明的实践而获知，或者根据下文提出的说明将显而易见。
附图说明
通过下面结合附图的说明和所附权利要求，本发明的目的和特征将变得更加显而易见。应理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，因此，不应认为是对本发明范围的限制，将通过使用附图以附加的具体性和细节来描述和解释本发明。
图1示出了示例性阀的组件，其可以包括本发明实施例的元件；
图2示出了除渣阀的内部组件的放大图，其可以包括本发明实施例的元件；
图3示出了示例性阀的阀座总成的三维截面图；
图4示出了包括限位器和波纹管密封件的本发明实施例的截面图；
图5示出了包括限位器和波纹管密封件的本发明实施例的透视截面图；以及
图6示出了包括限位器的本发明实施例的截面图。
具体实施方式
现在将给出本发明的实施例的说明。可以预期，本发明可以采用许多其它形式和形状，因此，以下公开内容有意是说明性而不是限制性的，并且本发明的范围应参考所附权利要求及其等效物来确定。
本发明实施例可以用在石油精炼行业中使用的若干种类型的阀中。在图1中示出了一种示例性类型的阀。这是通常在清焦过程中使用的示例性除渣阀100。该示例性阀100包括主体101，该主体101通常在可拆卸方式附接到上阀盖102。上阀盖102提供气密或可加压隔室，用于在操作期间容纳盲板104的至少一部分。下阀盖103也可以可拆卸方式附接到主体101，并且也可提供用于容纳盲板104的至少一部分的气密可加压隔室。主体101可以包括主管线凸缘105，主管线凸缘105用于附接主管线管道，该主管线管道的流量可以由阀100控制。示例性阀100还可以包括用于致动盲板104的附加组件106。在阀100的致动期间，盲板104在主体101内滑动，以允许或阻止附接到主管线凸缘105的主管线(未示出)中的流动。在该致动期间，盲板104或其部件可以进入和离开上阀盖102和下阀盖103。
图2是示例性阀200的一些内部组件的分解图。这些组件包括盲板205，其通常是在其中具有孔或盲板空隙空间(void space)206的板状装置。该示例性阀200还包括阀座框架207以及阀座载架208A、208B。在打开致动期间，盲板205在竖向上(如图2所示)滑动，以使盲板空隙空间206与框架207、载架208A和208B以及任何附接的管道、塔或其它设备中的相应孔或空间对准。空隙空间的这种对准允许液体和气体在所附接的管道、塔或其它设备中流动。在图2的构造中示出了这种对准。
在关闭操作期间，盲板206在竖向上(如图2所示)滑动，以使实心板区域210与框架207、载架208A和208B以及任何附接的管道、塔或其它设备中的相应孔或空间对准。实心板区域210与空隙空间的这种对准阻止液体和气体在附接的管道、塔或其它设备中流动。
可以参考图3描述本发明的一些实施例。图3是穿过示例性除渣阀300切开的截面透视图。该示例性阀包括主体301，该主体301包括用于附接主管线管道(未示出)的上主管线凸缘302和下主管线凸缘303。在上主管线凸缘302内部存在上阀座总成304，用于抵靠阀的盲板(为了清楚起见未示出)密封阀300。阀300还包括下阀座总成305，用于抵靠阀的盲板(未示出)密封阀300。在致动期间，阀300的盲板将在上阀座总成304和下阀座总成305之间滑动，同时阀座提供密封以防止蒸汽和管线产物的泄漏。
图4示出了示例性阀座总成400的截面图，其可用在清焦除渣阀、隔离阀或类似装置中。该示例性阀座总成400包括阀座基础结构401，该阀座基础结构401被构造并成形用以接合阀主体，诸如阀主体301。在示例性实施例中，阀座基础结构401通过静态连接附接到阀主体301，使得阀座基础结构401相对于主体301保持静态不移动定向。阀座总成400进一步包括内部衬里403，该内部衬里可以遵循主管线管道、清焦塔或其它附接组件的轮廓。内部衬里403静态地附接到阀座基础结构401，使得它们在阀致动期间不相对于阀主体移动。内部衬里403可以通过按压摩擦配合而附接到阀座基础结构401，或者可以简单地通过凸缘或其它硬件保持处于其静态位置，其中凸缘或其它硬件通过螺栓或以其它方式靠近内部衬里403附接，从而将内部衬里403压靠于阀座基础结构401中的架板(shelf)418。
阀座总成400进一步包括动态阀座402，该动态阀座402能够相对于阀座基础结构401和内部衬里403移动。动态阀座402可以通过一系列结构和连接件(其可包括弹簧和限位器)以可移动方式附接到阀座基础结构401。在示例性实施例中，动态阀座402通过被压缩在动态阀座402和阀座基础结构401之间的弹簧阵列(图4中未示出)而从阀座基础结构401偏压开。这些弹簧被压缩到阀座基础结构401和动态阀座402两者中的相应凹进中，由此迫使动态阀座402离开阀座基础结构401。在示例性实施例中，这种偏压或力可以沿平行于所连接的管道或塔的中心轴线420的方向或沿垂直于阀盲板的表面的方向(图4的竖直方向)被引导。
动态阀座402相对于阀座基础结构401的移动可以由限位器405来限制或约束，该限位器405接合阀座基础结构401中的基础凹进406和动态阀座402中的阀座凹进407。限位器405可以包括一个或多个限位器基础凸缘409和一个或多个限位器座凸缘408，该一个或多个限位器基础凸缘409和该一个或多个限位器座凸缘408被成形用以接合基础凸起410和阀座凸起411。限位器基础凸缘409与基础凸起410之间的和限位器座凸缘408与阀座凸起411之间的这种接合约束动态阀座402相对于阀座基础结构401的移动。因而，在这些实施例中，动态阀座402被压缩弹簧从阀座基础结构401偏压开，同时被限位器405保持就位。当动态阀座402不接触盲板(未示出)时，限位器405将动态阀座402相对于阀座基础结构401保持就位。但是，当动态阀座402接触盲板并且被抵靠阀座基础结构401压缩超过限位器405的极限时，允许动态阀座402随着其接触的盲板的轮廓挠曲，由此产生更紧密更高效密封。
本发明的一些实施例可以包括阀座波纹管凹进414和基础波纹管凹进413。这些凹进413、414形成由阀座基础结构401、动态阀座402和内部衬里403包围的波纹管腔室。该腔室包含波纹管415，波纹管415连接到阀座基础结构401且连接到动态阀座402，从而在这些结构之间形成柔性密封。在一些实施例中，波纹管415可以焊接到阀座基础结构401和动态阀座402。在一些实施例中，波纹管415可以由不用特定程序则不能直接焊接到阀座基础结构401和/或动态阀座402的金属构成。在这种情况下，这些实施例可以包括阀座焊膏通过层416和/或基础焊膏通过层417，在此处，兼容性金属可以焊接或以其它方式沉积，以使波纹管415能够更高效地焊接到阀座基础结构401和/或动态阀座402。当波纹管415附接到阀座基础结构401和动态阀座402时，允许动态阀座402经由波纹管415的挠曲而相对于阀座基础结构401移动。但是，波纹管415阻止水蒸汽和其它气体或流体通过阀座基础结构401和动态阀座402之间的接口穿过或逸出。
在优选实施例中，波纹管415可以由因科镍合金(Inconel alloy)构成。在另一实施例中，波纹管415可以由蒙乃尔合金(Monel alloy)构成。
可参考图4进一步描述本发明的一些实施例。这些实施例包括凹进到动态阀座402中的一个或多个填料压盖412。这些填料压盖412可以装配有填料材料404，以提供滑动密封，从而防止气体和液体从阀所服务的管道、塔或其它容器内泄漏。填料压盖412和填料材料404的使用允许内部衬里403保持不动，而动态密封402滑动以适应盲板中的变化，同时防止流体通过它们之间的接头逸出。
可以参考图5描述本发明的一些实施例。图5是在限位器405的位置处贯穿阀座总成400的剖视截面图。从该图中可以看出，限位器405的一个功能是防止动态阀座402从阀座基础结构401移开。弹簧510可以在阀座基础结构401和动态阀座402之间压缩，从而将动态阀座从阀座基础结构401推开。但是，必须约束由弹簧力引起的这种运动，以避免阀座总成400拆开并避免动态阀座402的不期望移动。这可以由限位器405实现，该限位器405包括限位器凸缘408、409，限位器凸缘408、409接合基础凸起410和阀座凸起411，以限制或约束动态阀座402在平行于轴线420或垂直于阀座面419的方向上从阀座基础结构410移开。这种接合防止阀座基础结构401沿方向501A移动，并防止动态阀座402沿方向501B移动。
类似地，限位器405可以防止在相反方向上的移动，这可参考图6来描述。在这些实施例中，限位器405具有：凸缘间长度603，其为凸缘的内部之间的距离；和总长度601，其为凸缘的外侧边缘之间的距离。这些距离可以被具体设定，以约束动态阀座402相对于阀座基础结构401的运动。例如，凸缘间长度603可以被设定为大于阀座凸起411和基础凸起410的外边缘之间的距离，即距离604。距离或长度的这种差异允许动态阀座402远离阀座基础结构401移动至外极限。类似地，限位器405的总长度601可以设定为相对于阀座凹进407和基础凹进406的尺寸的具体值。这种长度关系可以限制阀座基础结构401与动态阀座402之间的最小距离。这种限制可以防止弹簧510、波纹管415和其它阀座总成部件被压坏。
在一些实施例中，限位器405还可以约束在又另一方向上的移动。如图3和图5中所示，阀座总成400可以具有围绕中心轴线420的圆环形状。在该构造中，阀座基础结构401可以相对于动态阀座402的位置绕轴线420旋转。在图5中，以方向503A和5003B例示了该旋转。这种相对旋转可束缚(bind)弹簧和其它阀部件，通常是不期望的。因而，可以通过密切关注限位器宽度605、607相对凹进宽度606、608的相对大小来约束或阻止这种相对运动503A、503B。当这些宽度被设定为非常接近时，它们可允许平行于轴线420的运动，同时阻止基础结构401和动态阀座402之间的旋转运动。因而，适当定尺寸的限位器可以约束动态阀座402相对于阀座基础结构401在多个方向上的运动，由此维持正确对准，并保护部件免于损坏和磨损。
在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其它具体形式实现。所述实施例在所有方面仅应被认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的说明指示。落入权利要求的等效物含义和范围内的所有改变均应被包含在其范围之内。

Claims (20)

1.一种阀密封系统，所述阀密封系统用在石油精炼过程中的除渣阀或隔离阀中，所述密封系统包括：
阀座基础结构，所述阀座基础结构被以固定方式附接到所述阀的主体；
动态阀座，所述动态阀座被以可移动方式附接到所述阀座基础结构，使得所述动态阀座能够顺着阀盲板的轮廓移动；以及
波纹管密封件，所述波纹管密封件被附接到所述阀座基础结构和所述动态阀座，使得所述波纹管密封件能够随着所述动态阀座的移动而挠曲，同时维持所述阀座基础结构与所述动态阀座之间的密封。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括多个弹簧，所述多个弹簧被布置用以将所述动态阀座从所述阀座基础结构偏压开。
3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个限位器，所述至少一个限位器用于约束所述动态阀座相对于所述阀座基础结构的移动，其中，所述限位器约束所述动态阀座在远离所述阀座基础结构的方向上的移动。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述限位器进一步约束所述动态阀座在朝向所述阀座基础结构的方向上的运动。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述限位器进一步约束所述动态阀座绕其中心轴线相对于所述阀座基础结构的旋转。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述波纹管密封件被焊接到所述阀座基础结构和所述动态阀座。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述波纹管被焊接到所述动态阀座中的焊膏通过层。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述波纹管由从因科镍合金和蒙乃尔合金的组中选取的材料制成。
9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括在所述动态阀座中的至少一个填料压盖，所述填料压盖被成形用以接收填料材料，并且被定位用以将所述填料材料保持为与内部衬里接触。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述限位器在第一端和第二端处具有至少一个凸缘，所述至少一个凸缘具有凸起，所述凸起接合所述阀座基础结构和所述动态阀座中的凹进。
11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括波纹管凹进，其中，所述波纹管坐落在所述阀座基础结构、所述动态阀座和内部衬里之间的所述波纹管凹进中。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阀座基础结构、所述动态阀座和所述波纹管密封件是圆形的，并且完全围绕阀开口延伸。
13.一种阀密封系统，所述阀密封系统用在石油精炼过程中的除渣阀或隔离阀中，所述密封系统包括：
阀座基础结构，所述阀座基础结构被以固定方式附接到所述除渣阀或隔离阀的主体；
动态阀座，所述动态阀座被以可移动方式附接到所述阀座基础结构，使得所述动态阀座能够顺着阀盲板的轮廓移动；以及
限位器，所述限位器用于约束所述动态阀座相对于所述阀座基础结构的移动，其中，所述限位器上的凸缘接合所述阀座基础结构中的基础凸起和所述动态阀座中的阀座凸起，以约束所述移动。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述限位器的总长度将所述动态阀座朝向所述阀座基础结构的移动约束到最大值。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述限位器的凸缘间长度定位限位器凸缘，以将所述动态阀座相对于所述阀座基础结构的移动约束到最大值。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述限位器的凸缘间长度定位限位器凸缘，以将所述动态阀座相对于所述阀座基础结构的移动约束到最大值，并且所述限位器的总长度将所述动态阀座朝向所述阀座基础结构的移动约束到最大值。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述限位器的宽度相对于所述阀座基础结构中的凹进的宽度将所述动态阀座绕轴线相对于所述阀座基础结构的旋转约束到最大值。
18.根据权利要求13所述的系统，进一步包括波纹管密封件，其中，所述限位器的凸缘间长度定位限位器凸缘，以将所述动态阀座相对于所述阀座基础结构的移动约束到波纹管密封件的最大弹性变形值。
19.根据权利要求13所述的系统，进一步包括波纹管密封件，其中，所述限位器的凸缘间长度定位限位器凸缘，以将所述动态阀座相对于所述阀座基础结构的位置约束到其中能够焊接所述波纹管密封件的位置。
20.根据权利要求13所述的系统，进一步包括在所述动态阀座中的至少一个填料压盖，所述填料压盖被成形用以接收填料材料，并被定位用以将所述填料材料保持为与内部衬里接触。
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