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上海j9九游阀门厂(团体)有限公司

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择要:介绍了高压加氢安装的工况特征及其阀门的使用状况,重点对使用阀门的布局设计、强度设计、质料、反省实验和质量控制午方面提出了要求.剖析了外洋阀门的特点,提出了我国阀门行业在阀门设计、制造等方面的改良意见。

要害词闫门加氢安装选用

1 概述

高压加氢工艺是煤油深加工的一个紧张手腕,它不但能进步单元原油的轻油发出率。并且能进步燃料油的质量,从而进步炼油厂的全体效益。高压加氢安装还能为煤油化工安装提供优质的质料,也是油品脱硫的抱负安装。我国从 90 年月开端了高压加氢安装的建立,估计以后的几年中,随着我国炼外油量的逐年增多,高压加氢安装的建立仍将是石化行业的一大热门,各大石化企业也都想藉此进步其炼油的程度和才能,以欢迎参加 WTO 的应战。

2 工况条件

高压加氢安装的介质情况有 2 个突出的特点,即高压和临氢(并陪同硫化氢)操纵。

高压操纵不但仅是由于其操纵压力高(一样平常为 14-20 MPa),并且还在于其介质为易燃易爆的高压气体(氢气或油气+氢气)。高压气体贮存了较大的压力能.一旦其储输设置装备摆设(包罗管道阀门)破坏,惹起的变乱将是劫难性的。

临氢并陪同硫化氢操纵。标明了对储输设置装备摆设质料的苛刻要求。氢气是一种能浸透到金属质料外部并在常温或低温下惹起质料变性(好转)的介质,常温下能惹起金属质料的脆化和变形等,低温下能招致金属质料外部和内部脱碳。硫化氢对金属质料的腐化也是一个非常顺手的题目,常温下它能惹起很多金属质料的应力腐化开裂,低温下它能惹起金属质料的疾速匀称腐化。一切的这些特点都对高压加氢阀门的质料、布局设计和强度设计等提出了严厉的要求。

3 需讨情况

高压加氢安装中的阀门,既有临氢条件,又有非临氢条件,既有高压条件,又有非高压条件。本文仅讨论高压临氢条件下使用的阀门,这类阀门固然数目未几,但其代价却占据较大的比例。此类阀门有闸阀、停止阀、止回阀、球阎和旋塞阀,压力品级为 ASME 的 CL900~2500,温度为常温至 400℃,主体质料有 ASTMA105、A182—F11/F22/F321、A216—WCB、A217—WC6/WC9、A351—CF8C,阀门直径为 DN15-400 mm。这些阀门的功效与平凡阀门相反,但国际现在尚不具有成套供给的才能,次要缘故原由在于阀门制造厂与用户(尤其是工程设计部分)相同联系不敷,不理解阀门的利用条件和要求,短少一套与介质条件相顺应的技能文件、模具和图纸等,并且缺步产业化批量消费的履历。

开辟高压加氢安装中的阀门,不但能低落阀门代价。并且可增加供货周期,利便增补订货,同时又能推进阀门行业的开展。现实上,我国现在一些阀门制造厂已具有消费高压加氢阀门的才能和条件,并且在加氢精制安装(操纵压力 8~10 MPa)上已有乐成的使用。

功能精良的阀门,其设计、制造、反省实验及质量控制等各个方面和各个关键都做的比力好。本文以此中的几个次要题目(包罗阀门的内漏、外潺、强度设计、质料、反省实验及质量控制),联合高压加氡安装的介质条件举行探究。

4 内漏和外蒋的控制

阀门内漏和外漏控制的优劣是反应阀门品格的一个紧张参数,制造厂均接纳种种步伐以只管即便增加阀门的内漏和外漏。油品和氢气的外漏和内漏不但会净化情况,还易惹起火警或爆炸。阀门的内漏次要产生在闸板处,外漏次要产生在阀杆填料和阀盖垫片处,故要取得精良的密封功能就要从这 3 处动手。

4.1 填料密封外漏

对 DN ≥ 50mm 的闸阀和停止阀,在阀杆密封处接纳柔性石墨环和柔性石墨编织填料是外洋翻造厂的广泛做法。此中填料的最上圈和最下圈接纳柔性石墨编织环,以使用其强度较高(与模压石墨环相比)的特点制止石墨被挤入阀腔或阎外,两头则接纳模压石墨环(偶然也在两头得当的地位增设编织环)。由于柔性石墨的活动性好,有减磨性,同时石墨还具有精良的物理和化学波动性,因而用它作为填料既可取得精良的密封,又可增加对阀杆的磨损。关于填料函尺寸较小的球阀、旋塞阀和小口径的闸阀和停止阀,则仅用柔性石墨编织填料即可。

填料在装填历程中举行预紧缩也是包管精良密封(尤其是临时精良密封)的措旋之一。国际的阀门在填料装填历程中大少数仅限于压实填料,故其密封性随使用工夫增加而变差。外洋某些阎门产品在填料装填历程中接纳了 28 MPa 的预压力,且设计了公用的预紧缩东西,因而它能维持较永劫间的精良密封。固然,填料的预压力太大,将增长对阀杆的磨损,增长阀门的开启力,因而此时应在填料选择和阀杆外表处置上举行改良。接纳以柔性石墨环为主的填料可增加阀杆的磨损,同时也可低落阀门的开启扭矩。

另有一些阀门在填料压盖处接纳了“活载”布局。即在填料压盖的螺栓上增设碟簧,使填料压盖一直作用于填料上较大的压力,从而可避免因压盖螵栓松懈或填料松懈而形成的外漏。

4.2 垫片密封外漏

对 DN ≥ 50mm 的闸阀、停止阀和止回阀,可接纳压力密封阀盖。而关于球阀、旋塞阀(多为下阀盖)和 DN ≤ 40mm 的闸阔、停止阀和止回阀,一样平常接纳法兰毗连阀盖。压力密封阔盖的密封有 2 处,其一为阈盖与环垫片(图 1)的打仗处,其二为环垫片与阀体的打仗处。外洋的一些阀门产品,将环垫片与阀盖的打仗面设计成变角度圆弧过渡面,使它与阀盖的密封为线密封,从而明显进步了其精密性,但它增长了环垫片的加工难度。另有将环垫片外表及响应的阀体密封面镀上一层银,由于银的塑性较好,容易添补密封面上的微观孔隙,因而大大进步了阀盖垫片处的密封功能。

(图1)压力密封阀盖的环垫片
图 1 压力密封阀盖的环垫片

关于法兰毗连阀盖布局,大少数制造商接纳了缠绕式垫片,由于缠绕式垫片弹性好,回弹率高,在包管波动性的状况下更容易包管密封。与缠绕式垫片相配的阀盖密封接纳了箱式布局,行将垫片置于阀盖与阀体相接的特制槽内,从而包管了缠绕式垫片的波动性(即不会因较大的密封比压而使垫片失稳),同时又增长了介质走漏的阻力。现实证明,如许的密封布局比力好。

4.3内漏

①闸阀

国际外各制造厂的闸板布局设计上无太大的差异,一样平常 DN ≤ 40mm 的闸阀接纳楔形全体闸板,而 DN ≥ 50mm 的闸阀则采挠性楔形闸板。只需密封面加工精度到达要求,这种布局可以满意初期密封要求。但利用者盼望阀门可以坚持恒久的精良密封。一样平常状况下,初期密封容易做到,而要做到临时密封精良则是一件不容易的事变。这里给出 2 个改良倒子供参考。其一是高兴进步闸板导轨的精度,使它与闸板坚持较小的共同间隙,以增加闸板与阀座的不匀称磨损,从而包管较长的密封寿命。导轨一样平常是与阀体全体铸造的,并且不容易举行机加工,故与闸板的共同间隙较大,发起制造厂赐与这方面的存眷。其二是思索闸板和阀座下部的腐化。由于当阀门处于半开半关的地位时,会构成高速的介质流,它将对介质流经的地区发生严峻的冲洗,又由于硫化氢与金属的腐化产品附着力很低,极易被高速介质冲走,从而减速了金属的腐化,即构成冲洗腐化。避免冲洗腐化的步伐可从选择精良的质料动手,即在响应的部位上堆焊符合的硬质合金质料。一些制造厂除了在密封面上堆焊硬质合金外,还在闸板和阀座的下部肯定范畴内也堆焊了硬质合金,以避免非密封面的冲洗腐化,如许做虽与阀门的密封性干系不大,但对阀门全体来说无益。

②停止阀

起首要包管阀瓣与阀座的加工精度以取得一个精良的初期密封。在防冲洗腐化方面,外洋某制造商接纳了门路式阀瓣布局(图 2),即在阀门开启或封闭的历程中,阀瓣上的非密封台阶起首构成较小的流道,以接受冲洗腐化,而阀瓣和阀座的密封面则不再间接接受冲洗腐化,或缓解了其冲洗腐化的水平。

(图2)停止阀门路式阀瓣
1.阀座;2.阀瓣
图 2 停止阀门路式阀瓣

③球阀

应接纳偏爱或其他无摩擦的球体布局及金属对金属的密封情势。这是由于该布局密封牢靠性高,火警宁静性好,无摩擦,延伸了阀门的无效寿命。

④旋塞阀

外洋一样平常接纳倒锥形均衡式阀芯(即旋塞)布局(图 3)。一样平常 CL ≤ 300 品级接纳机器均衡式布局,CL ≥ 600 品级接纳压力均衡式布局,既能包管精良的密封,又可增加密封面金属的磨损。外洋某制造厂则在此底子上对旋塞举行了喷塑处置,从而节流了活期注密封剂的维护事情量。

(图3)倒锥形压力均衡式旋塞阀
1.阀体;2.旋塞
图 3 倒锥形压力均衡式旋塞阀

5 阀门强度设计

阀门的承压部件都应举行强度剖析和强度设计,这些部件次要包罗阀体、阀盖、闸板和阀盖螺栓等。对停止阀来说,偶然(依据布局差别)尚须对阀座部分举行强度枝核。而作为非承压部件的阀杆也是必需举行强度设计的一个紧张部件。所谓的强度设计应包罗强度和刚度 2 局部。

外洋一些次要的阀门标准如 ANSIB16.34 和 API600 都给出了阀门次要零部件的最小壁厚(直径),国际的一些制造厂都间接接纳(或略大于)这些标准值作为设计尺寸,而且不再举行强度设计。如许做是不严厉的,由于①阀门的内件布局差别,阀上腔的布局尺寸差别,因而其盘算壁厚也差别。阀门的表面布局尤其是形状渐变处的处置差别,其盘算应力值尤其是应力会合的程度也差别,终极也大概招致盘算壁厚差别。②大少数阀体为铸件,而冶炼条件较差,原质料泉源庞大的阀门厂,其铸件质料的功能差异较大。铸件质料的功能又与其自己的铸造缺陷(如偏析、枝晶构造、混合、气孔、松散和裂纹等)有关,并且升沉变革较大,从而形成强度盘算的底子数据(多么用使用)的差别较大。③差别的使用情况,其腐化状况差别,应思索的腐化裕量差别。由于这些要素的影响,关于高压临氢阀门来说,对其有关的零部件举行强度和/或刚度盘算就显得非常须要,由于稍有不对,大概会带来严峻的结果。

现在国际大少数阀门厂均接纳数学剖析法举行阀门的强度和/或刚度盘算。这种办法既费力的又费时,盘算精度也比力差,尤其是关于零部件的外形渐变处,它不克不及准确地求出其应力程度。而外洋的大少数阀门厂都接纳了有限元剖析法,它既快又准确。关于高压且要求苛刻的阀门来说,接纳有限元法举行零部件的强度和/或刚度剖析是须要的。

6 质料

高压加氢安装的操纵条件不但对质料的牢靠性有较高的要求,并且其介质(如氢气和硫化氢)自己对质料性子也有较高的要求,即介质对质料自己存在的缺陷比力敏感。假如质料中有非金属混合、夹渣、气孔、裂纹等不一连缺陷,容易招致氢气的积累,常温下会因其构成的部分高压而惹起氢变形,乃至诱发微裂纹,同时也会使质料脆性好转(氢脆)。低温下,这些缺陷更利于氢致外部脱碳的举行,从而加速质料氢腐化决裂的历程。而硫化氢介质则对质料的内部不一连缺陷比力敏感,尤其是在湿硫化氢情况下,内部的不一连缺陷每每成为应力腐化开裂的诱因。因而,增加或限翻阀门承压部件中的缺陷是包管其牢靠性,延伸其利用寿命的要害要素之一。

阀门承压部件的制造办法有铸造和铸造 2 种。铸造件不存在气孔、松散、大尺寸圆形混合、柱状构造和枝晶构造等缺陷,并且金属致密,综合机器功能好,牢靠性高,因而铸造是嗣造高压加氢阿门承压部件的抱负办法。但思索到大少数承压部件的形状比力庞大,并且它们中有许多凌驾了一样平常模锻的尺寸,祖国表里大少数阀门厂关于 DN>50 mm 阀门的次要承压部件仍接纳铸件。为了包管铸件质量,应从冶炼、铸造工艺和焊补 3 个次要方面举行控嗣。冶炼对质料品格的影响是最底子的影响要素。差别的冶炼办法,失掉的质料品格差异也比力大。现在国际阀门厂广泛接纳电炉冶炼,而外洋的大少数阀门厂则接纳 VOD 或 AOD 冶炼办法。VOD/AOD 与电炉冶炼相比,其无益合金元素烧损少,质料身分更容易靠近抱负形态,并且脱气性好,无害杂质元素少,故取得的质料品格也就比力高。铸造工艺是影响质料功能的要害要素,它触及到了铸膜质料选择、木模外模子触及、浇铸温度控制和浇铸办法选择等方面。总之,有利于改进铸件质量的铸造工艺如精细铸造、压力铸造和真空浇铸等应作为阀门制造厂以后的开展偏向。

焊朴是处置铸件缺陷的一种弥补步伐。大少数铸件都是必要焊补修缮的,假如缺陷超标就赐与报废,将会增长阀门的消费本钱。但每个阀门的焊朴数目、焊补面积和焊朴次数等应有限定,由于焊补区的金属差别于铸造金属,焊补数目越多,焊补面积越大,形成铸造金属的不匀称性越严峻,从而招致质料的综合功能降落。每次焊补都相称于给铸件一次加热,而屡次对铸件加热会给它带来一系列倒霉的影响,故阀门的焊补次数也应有所限定。ASTM 标准中对铸造质料的焊补提出了肯定的要求,但其要求偏低,外洋大多效阀门制造商的铸件焊补控制程度均比 ASTM 划定的严厉。实践上,铸件焊补的控制还反应了铸件质料的质量与消费本钱之间的均衡干系,因而要害照旧要进步铸件的铸造质量,只管即便增加铸造缺陷。

7 反省与实验

阀门的强度(水压)实验、密封实验及须要的无损探伤是权衡阀门能否及格的须要条件,但井不是权衡一个阀门优劣的充实条件,至多对高压加氢阀门来说,它们尚不克不及完全反应一个阀门的综合品格。以阀门的密封为例,一样平常状况下,只需包管密封件的机加工精度,就容易经过冷态下的工场密封实验,但它并不代表阀门在临时利用(尤其是在低温、高压事情工况)条件下也能坚持精良的密封。一旦阀门部件呈现磨损、腐化、应力松懈、变形和质料变性等题目。将会影响到阀门的密封功能,严峻时会使密封生效。而部件金属构造的波动性和匀称性、部件布局形成的部分应力程度等,都市从某种水平上影响到质料的腐化、应力松懈、变形和变性等题目。而质料的这些题目都是无损探伤和冷态下的压力实验无法反省的。

关于一样平常介质上使用的中高压阀门来说,上述的题目大概不存在大概不突出,而对高压临氢条件下使用的阀门,这些题目将是不行疏忽的。因而,对高压临氢用阀门。应对其举行全方位的反省实验。由于阀门承压零部件的质料品格(尤其是铸件质料)对阀门的利用寿命影响较大。故就承压铸件的反省实验作进一步讨论。

铸件质料的品格次要取决于其消费历程(如冶炼工艺、制造工艺等),而对其产品举行的种种反省实验仅仅是对其品格稽核的一种手腕,它并不克不及改动质料的品格。因而,阀门零部件在开端产业消费行进行体系的、迷信的工艺评定就显得尤为紧张。而工艺评定中的质量定位又间接决议了质料(产品)的品格。结台高压加氢安装的介质特点,在此提出其次要承压零部件在产业消费前应举行的工艺评定项目。

①表面反省 应按 MSSSP-55 所列项目逐项反省。

②化学身分剖析 包罗炉前剖析和产品剖析,尤其应存眷无害杂质元素(如硫、磷、砷、锑、氢和氨等)的剖析。化学身分剖析应按响应的 ASTM 尺度举行。

③机器功能实验 包罗拉伸实验(同时测试出拉伸强度、屈从强度、延伸率和截面紧缩率,并举行断口剖析)、弯曲实验、打击实验和硬度查验等。机器功能实验应按响应的 ASTM 尺度举行。

④微观构造查验 包罗气孔、裂纹、松散、央渣、大尺寸非金属混合物、硫磷偏析等缺陷的查验。查验按 ASTME381 等尺度举行。

⑤微观构造反省 包罗偏析、条(桂)状构造、枝晶构造、晶粒度、小尺寸非金属混合物等缺陷的查验。对奥氏体质料,还应包罗铁索体含量的测定。查验按 ASTME38l/E45/E112 等尺度举行。

⑥无损反省 包罗 RT、UT、MT、PT 等反省。并给出相宜的及格目标和及格率控制目标。无损反省宜辨别按 MSSSP—54、ASTMA388、ASTMAA275、ASTMB165(Practice B)尺度经行。

⑦晶问腐化实验 仅对奥氏体不锈钢质料才有此要求。试按 ASTME262(Practice E)尺度举行。

⑧焊接功能实验 包罗拉伸、弯曲、打击、硬度和无损探伤查验。

⑨阀体爆破实验 液体爆破实验按 ANSTB31.2 尺度举行。在满意肯定控制目标的状况下,经过工艺评定而确定的工艺参数才干作为消费参数,并在产业消费中严厉实行,才干取得满意高压临氢使用条件的高品格阀门。

8 质量控制

国产阀门的质量题目更多的是呈现在办理上。由于中国的浩繁制造业者在产品制造的每个工序上并不是都有一个详细的、细致的并且实在可行的作业规程,即便有了如许一个规程,也不克不及包管每个事情职员都不折不扣的接规程作业。正由于云云,才招致了很多国产产品的质量不如外洋产品。现在,国际大少数阀门厂,都获得了 ISO9000 的质量认证,它从某种水平上强化了阀弟子产历程的质量办理。但,还要器重技能文件的创建,由于产品的先辈与否次要取决于技能文件的先辈性。

9 结语

影响阀门质量的要素较多,要消费出高品格的阀门,必需在各个方面都要做好。时价信息期间,阀门制造厂也应走出去,多与外界举行交换,与用户(包罗工程设计部分)举行交换。理解产品必要,理解阀门的利用介质工况,只要如许,才干消费出合适的产品,才干博得市场。与外洋阀弟子产商交换。可以理解先辈技能和新产品,并用于改良j9九游的产品。


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