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择要:先容了高压加氢装配的工况特征及其阀门的操纵环境,重点对操纵阀门的布局设想、强度设想、材料、查抄实验和品德节制午方面提出了请求.阐发了外洋阀门的特色,提出了我国阀门行业在阀门设想、制作等方面的改良定见。

关头词闫门加氢装配选用

1 概述

高压加氢工艺是煤油深加工的一个首要手腕,它不只能进步单元原油的轻油发出率。并且能进步燃料油的品德,从而进步炼油厂的全体效益。高压加氢装配还能为煤油化工装配供给优良的质料,也是油品脱硫的抱负装配。我国从 90 年月起头了高压加氢装配的扶植,估计此后的几年中,跟着我国炼外油量的逐年增添,高压加氢装配的扶植仍将是石化行业的一大热点,各大石化企业也都想藉此进步其炼油的水安然平静能力,以驱逐插手 WTO 的挑衅。

2 工况前提

高压加氢装配的介质环境有 2 个凸起的特色,即高压和临氢(并陪同硫化氢)操纵。

高压操纵不只仅是由于其操纵压力高(通俗为 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.一旦其储输装备(包含管道阀门)破坏,引发的变乱将是灾害性的。

临氢并陪同硫化氢操纵。标明了对储输装备材料的刻薄请求。氢气是一种能渗入到金属材料内部并在常温或低温下引发材料变性(好转)的介质,常温下能引发金属材料的脆化和变形等,低温下能致使金属材料内部和内部脱碳。硫化氢对金属材料的侵蚀也是一个非常辣手的题目,常温下它能引发良多金属材料的应力侵蚀开裂,低温下它能引发金属材料的疾速平均侵蚀。一切的这些特色都对高压加氢阀门的材料、布局设想和强度设想等提出了严酷的请求。

3 须要环境

高压加氢装配中的阀门,既有临氢前提,又有非临氢前提,既有高压前提,又有非高压前提。本文仅会商高压临氢前提下操纵的阀门,这类阀门固然数目未几,但其价钱却据有较大的比例。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℃,主体材料有 ASTMA105、A182—F11/F22/F321、A216—WCB、A217—WC6/WC9、A351—CF8C,阀门直径为 DN15-400 mm。这些阀门的功效与通俗阀门不异,但国际今朝尚不具备成套供给的能力,首要缘由在于阀门制作厂与用户(特别是工程设想局部)相同接洽不够,不领会阀门的操纵前提和请求,贫乏一套与介质前提相顺应的手艺文件、模具和图纸等,并且缺步产业化批量出产的经历。

开辟高压加氢装配中的阀门,不只能降落阀门价钱。并且可削减供货周期,便利补充定货,同时又能鞭策阀门行业的成长。现实上,我国今朝一些阀门制作厂已具备出产高压加氢阀门的能力和前提,并且在加氢精制装配(操纵压力 8~10 MPa)上已有胜利的操纵。

机能杰出的阀门,其设想、制作、查抄实验及品德节制等各个方面和各个关头都做的比拟好。本文以此中的几个首要题目(包含阀门的内漏、外潺、强度设想、材料、查抄实验及品德节制),连系高压加氡装配的介质前提停止切磋。

4 内漏和外蒋的节制

阀门内漏和外漏节制的黑白是反应阀门品德的一个首要参数,制作厂均接纳各类办法以尽能够削减阀门的内漏和外漏。油品和氢气的外漏和内漏不只会净化环境,还易引发火警或爆炸。阀门的内漏首要产生在闸板处,外漏首要产生在阀杆填料和阀盖垫片处,故要获得杰出的密封机能就要从这 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遍及做法。此中填料的最上圈和最下圈接纳柔性石墨编织环,以操纵其强度较高(与模压石墨环比拟)的特色禁止石墨被挤入阀腔或阎外,中心则接纳模压石墨环(偶然也在中心恰当的地位增设编织环)。由于柔性石墨的活动性好,有减磨性,同时石墨还具备杰出的物理和化学不变性,是以用它作为填料既可获得杰出的密封,又可削减对阀杆的磨损。对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便可。

填料在装填历程中停止预紧缩也是保障杰出密封(特别是持久杰出密封)的措旋之一。国际的阀门在填料装填历程中大大都仅限于压实填料,故其密封性随操纵时候增添而变差。外洋某些阎门产物在填料装填历程中接纳了 28 MPa 的预压力,且设想了公用的预紧缩东西,是以它能坚持较长时候的杰出密封。固然,填料的预压力太大,将增添对阀杆的磨损,增添阀门的开启力,是以此时应在填料挑选和阀杆外表处置上停止改良。接纳以柔性石墨环为主的填料可削减阀杆的磨损,同时也可降落阀门的开启扭矩。

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,使填料压盖一直感化于填料上较大的压力,从而可避免因压盖螵栓败坏或填料败坏而构成的外漏。

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。而对球阀、旋塞阀(多为下阀盖)和 DN ≤ 40mm 的闸阔、停止阀和止回阀,通俗接纳法兰毗连阀盖。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。外洋的一些阀门产物,将环垫片与阀盖的打仗面设想成变角度圆弧过渡面,使它与阀盖的密封为线密封,从而明显进步了其周密性,但它增添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,轻易添补密封面上的微观孔隙,是以大大进步了阀盖垫片处的密封机能。

(图1)压力密封阀盖的环垫片
图 1 压力密封阀盖的环垫片

对法兰毗连阀盖布局,大大都制作商接纳了环绕纠缠式垫片,由于环绕纠缠式垫片弹性好,回弹率高,在保障不变性的环境下更轻易保障密封。与环绕纠缠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,从而保障了环绕纠缠式垫片的不变性(即不会因较大的密封比压而使垫片失稳),同时又增添了介质泄露的阻力。现实证实,如许的密封布局比拟好。

4.3内漏

①闸阀

国际外各制作厂的闸板布局设想上无太大的差别,通俗 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请求,这类布局能够或许知足早期密封请求。但操纵者但愿阀门能够或许坚持久长的杰出密封。通俗环境下,早期密封轻易做到,而要做到持久密封杰出则是一件不轻易的任务。这里给出 2 个改良倒子供参考。其一是尽力进步闸板导轨的精度,使它与闸板坚持较小的共同空隙,以削减闸板与阀座的不平均磨损,从而保障较长的密封寿命。导轨通俗是与阀体全体锻造的,并且不轻易停止机加工,故与闸板的共同空隙较大,倡议制作厂赐与这方面的存眷。其二是斟酌闸板和阀座下部的侵蚀。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产生严峻的冲洗,又由于硫化氢与金属的侵蚀产物附出力很低,极易被高速介质冲走,从而加速了金属的侵蚀,即构成冲洗侵蚀。避免冲洗侵蚀的办法可从挑选杰出的材料动手,即在响应的部位上堆焊合适的硬质合金材料。一些制作厂除在密封面上堆焊硬质合金外,还在闸板和阀座的下部必然规模内也堆焊了硬质合金,以避免非密封面的冲洗侵蚀,如许做虽与阀门的密封性干系不大,但对阀门全体来讲无益。

②停止阀

起首要保障阀瓣与阀座的加工精度以获得一个杰出的早期密封。在防冲洗侵蚀方面,外洋某制作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,以蒙受冲洗侵蚀,而阀瓣和阀座的密封面则不再间接蒙受冲洗侵蚀,或减缓了其冲洗侵蚀的水平。

(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

应接纳偏疼或其余无磨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靠得住性高,火警宁静性好,无磨擦,耽误了阀门的有用寿命。

④旋塞阀

外洋通俗接纳倒锥形均衡式阀芯(即旋塞)布局(图 3)。通俗 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,既能保障杰出的密封,又可削减密封面金属的磨损。外洋某制作厂则在此根本上对旋塞停止了喷塑处置,从而节省了按期注密封剂的保护任务量。

(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 阀门强度设想

阀门的承压部件都应停止强度阐发和强度设想,这些部件首要包含阀体、阀盖、闸板和阀盖螺栓等。对停止阀来讲,偶然(按照布局差别)尚须对阀座局部停止强度枝核。而作为非承压部件的阀杆也是必须停止强度设想的一个首要部件。所谓的强度设想应包含强度和刚度 2 局部。

外洋一些首要的阀门标准如 ANSIB16.34 和 API600 都给出了阀门首要零部件的最小壁厚(直径),国际的一些制作厂都间接接纳(或略大于)这些标准值作为设想尺寸,并且不再停止强度设想。如许做是不严酷的,由于①阀门的内件布局差别,阀上腔的布局尺寸差别,是以其计较壁厚也差别。阀门的外表布局特别是形状渐变处的处置差别,其计较应力值特别是应力集合的水平也差别,终究也能够致使计较壁厚差别。②大大都阀体为铸件,而冶炼前提较差,原材料来历庞杂的阀门厂,其铸件材料的机能差别较大。铸件材料的机能又与其自身的锻造错误谬误(如偏析、枝晶构造、同化、气孔、松散和裂纹等)有关,并且升沉变更较大,从而构成强度计较的根本数据(如许用操纵)的差别较大。③差别的操纵环境,其侵蚀环境差别,应斟酌的侵蚀裕量差别。由于这些身分的影响,对高压临氢阀门来讲,对其有关的零部件停止强度和/或刚度计较就显得非常须要,由于稍有过失,能够会带来严峻的效果。

今朝国际大大都阀门厂均接纳数学阐发法停止阀门的强度和/或刚度计较。这类方式既吃力又费时,计较精度也比拟差,特别是对零部件的形状渐变处,它不能切确地求出其应力水平。而外洋的大大都阀门厂都接纳了无限元阐发法,它既快又切确。对高压且请求刻薄的阀门来讲,接纳无限元法停止零部件的强度和/或刚度阐发是须要的。

6 材料

高压加氢装配的操纵前提不只对材料的靠得住性有较高的请求,并且其介质(如氢气和硫化氢)自身对材料性子也有较高的请求,即介质对材料自身存在的错误谬误比拟敏感。若是材料中有非金属同化、夹渣、气孔、裂纹等不持续错误谬误,轻易致使氢气的储蓄积累,常温下会因其构成的局部高压而引发氢变形,乃至引发微裂纹,同时也会使材料脆性好转(氢脆)。低温下,这些错误谬误更利于氢致内部脱碳的停止,从而加速材料氢侵蚀分裂的历程。而硫化氢介质则对材料的内部不持续错误谬误比拟敏感,特别是在湿硫化氢环境下,内部的不持续错误谬误常常成为应力侵蚀开裂的诱因。是以,削减或限翻阀门承压部件中的错误谬误是保障其靠得住性,耽误其操纵寿命的关头身分之一。

阀门承压部件的制作方式有锻造和锻造 2 种。锻造件不存在气孔、松散、大尺寸圆形同化、柱状构造和枝晶构造等错误谬误,并且金属致密,综合机器机能好,靠得住性高,是以锻造是嗣造高压加氢阿门承压部件的抱负方式。但斟酌到大大都承压部件的形状比拟庞杂,并且它们中有良多跨越了通俗模锻的尺寸,祖国际外大大都阀门厂对 DN>50 mm 阀门的首要承压部件仍接纳铸件。为了保障铸件品德,应从冶炼、锻造工艺和焊补 3 个首要方面停止控嗣。冶炼对材料品德的影响是最根本的影响身分。差别的冶炼方式,获得的材料品德差别也比拟大。今朝国际阀门厂遍及接纳电炉冶炼,而外洋的大大都阀门厂则接纳 VOD 或 AOD 冶炼方式。VOD/AOD 与电炉冶炼比拟,其无益合金元素烧损少,材料成份更轻易靠近抱负状况,并且脱气性好,无害杂质元素少,故获得的材料品德也就比拟高。锻造工艺是影响材料机能的关头身分,它触及到了铸膜材料挑选、木模外模子触及、浇铸温度节制和浇铸方式挑选等方面。总之,有益于改良铸件品德的锻造工艺如紧密锻造、压力锻造和真空浇铸等应作为阀门制作厂此后的成长标的目的。

焊朴是处置铸件错误谬误的一种弥补办法。大大都铸件都是须要焊补补缀的,若是错误谬误超标就赐与报废,将会增添阀门的出产本钱。但每一个阀门的焊朴数目、焊补面积和焊朴次数等应无限定,由于焊补区的金属差别于锻造金属,焊补数目越多,焊补面积越大,构成锻造金属的不平均性越严峻,从而致使材料的综合机能降落。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 标准中对锻造材料的焊补提出了必然的请求,但其请求偏低,外洋大多效阀门制作商的铸件焊补节制水平均比 ASTM 划定的严酷。现实上,铸件焊补的节制还反应了铸件材料的品德与出产本钱之间的均衡干系,是以关头仍是要进步铸件的锻造品德,尽能够削减锻造错误谬误。

7 查抄与实验

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是不是及格的须要前提,但井不是权衡一个阀门黑白的充实前提,最少对高压加氢阀门来讲,它们尚不能完全反应一个阀门的综合品德。以阀门的密封为例,通俗环境下,只需保障密封件的机加工精度,就轻易经由进程冷态下的工场密封实验,但它并不代表阀门在持久操纵(特别是在低温、高压任务工况)前提下也能坚持杰出的密封。一旦阀门部件呈现磨损、侵蚀、应力败坏、变形和材料变性等题目。将会影响到阀门的密封机能,严峻时会使密封生效。而部件金属构造的不变性和平均性、部件布局构成的局部应力水平等,城市从某种水平上影响到材料的侵蚀、应力败坏、变形和变性等题目。而材料的这些题目都是无损探伤和冷态下的压力实验没法查抄的。

对通俗介质上操纵的中高压阀门来讲,上述的题目能够不存在或不凸起,而对高压临氢前提下操纵的阀门,这些题目将是不可疏忽的。是以,对高压临氢用阀门。应答其停止全方位的查抄实验。由于阀门承压零部件的材料品德(特别是铸件材料)对阀门的操纵寿命影响较大。故就承压铸件的查抄实验作进一步会商。

铸件材料的品德首要取决于其出产历程(如冶炼工艺、制作工艺等),而对其产物停止的各类查抄实验仅仅是对其品德查核的一种手腕,它并不能转变材料的品德。是以,阀门零部件在起头产业出产前停止体系的、迷信的工艺评定就显得特别首要。而工艺评定中的品德定位又间接决议了材料(产物)的品德。结台高压加氢装配的介质特色,在此提出其首要承压零部件在产业出产前应停止的工艺评定名目。

①外表查抄 应按 MSSSP-55 所列名目逐项查抄。

②化学成份阐发 包含炉前阐发和产物阐发,特别应存眷无害杂质元素(如硫、磷、砷、锑、氢和氨等)的阐发。化学成份阐发应按响应的 ASTM 标准停止。

③机器机能实验 包含拉伸实验(同时测试出拉伸强度、屈就强度、延长率和截面缩短率,并停止断口阐发)、曲折实验、打击实验和硬度查验等。机器机能实验应按响应的 ASTM 标准停止。

④微观构造查验 包含气孔、裂纹、松散、央渣、大尺寸非金属同化物、硫磷偏析等错误谬误的查验。查验按 ASTME381 等标准停止。

⑤微观构造查抄 包含偏析、条(桂)状构造、枝晶构造、晶粒度、小尺寸非金属同化物等错误谬误的查验。对奥氏体材料,还应包含铁索体含量的测定。查验按 ASTME38l/E45/E112 等标准停止。

⑥无损查抄 包含 RT、UT、MT、PT 等查抄。并给出合适的及格目标和及格率节制目标。无损查抄宜别离按 MSSSP—54、ASTMA388、ASTMAA275、ASTMB165(Practice B)标准经行。

⑦晶问侵蚀实验 仅对奥氏体不锈钢材料才有此请求。试按 ASTME262(Practice E)标准停止。

⑧焊接机能实验 包含拉伸、曲折、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 标准停止。在知足必然节制目标的环境下,经由进程工艺评定而肯定的工艺参数能力作为出产参数,并在产业出产中严酷履行,能力获得知足高压临氢操纵前提的高品德阀门。

8 品德节制

国产阀门的品德题目更多的是呈现在办理上。由于中国的浩繁制功课者在产物制作的每一个工序上并不是都有一个详细的、详实的并且实在可行的功课规程,即便有了如许一个规程,也不能保障每一个任务职员都不折不扣的接规程功课。正由于如斯,才致使了良多国产产物的品德不如外洋产物。今朝,国际大大都阀门厂,都获得了 ISO9000 的品德认证,它从某种水平上强化了阀门出产历程的品德办理。可是,还要正视手艺文件的成立,由于产物的进步前辈与否首要取决于手艺文件的进步前辈性。

9 结语

影响阀门品德的身分较多,要出产出高品德的阀门,必须在各个方面都要做好。时价信息时期,阀门制作厂也应走进来,多与外界停止交换,与用户(包含工程设想局部)停止交换。领会产物须要,领会阀门的操纵介质工况,只要如许,能力出产出合适的产物,能力博得市场。与外洋阀门出产商交换。能够或许领会进步前辈手艺和新产物,并用于改良咱们的产物。


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