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1 概述

高壓加氫工藝是石油深加工的重要手段,它不僅可以提高單位原油輕質油的采收率。并且它可以提高燃料油的質量,從而提高煉油廠的整體效率。高壓加氫裝置還可以為石油化工裝置提供優質原料,也是石油脫硫的理想裝置。我國于1990年代開始建設高壓加氫裝置。預計未來幾年,隨著我國煉外油量的增加,高壓加氫裝置的建設仍將是石化行業的熱點。企業也希望提高煉油水平和能力,迎接加入世貿組織的挑戰。

2工作條件

高壓加氫裝置的介質環境具有高壓和氫氣(并伴有硫化氫)操作兩大突出特點。

高壓操作不僅因為它的操作壓力高(一般為14-20MPa),還因為它的介質是易燃易爆的高壓氣體(氫氣或油氣+氫氣)。高壓氣體儲存更大的壓力能量。一旦其儲運設備(包括管道閥門)損壞,所造成的事故將是災難性的。

氫氣和伴隨的硫化氫操作。體現了對儲運設備材料的嚴格要求。氫氣是一種能滲透到金屬材料內部并在室溫或高溫下引起材料變性(劣化)的介質。在常溫下會引起金屬材料的脆化和變形,在高溫下會引起金屬材料的內外脫碳。硫化氫對金屬材料的腐蝕也是一個非常棘手的問題。常溫下可引起多種金屬材料的應力腐蝕開裂,高溫下可引起金屬材料快速均勻腐蝕。這些特點對高壓加氫閥的材料、結構設計和強度設計提出了嚴格的要求。

3 要求

高壓加氫裝置中的閥門既有面向氫的條件,也有非面向氫的條件截止閥的作用,既有高壓條件,也有非高壓條件。本文僅討論高壓氫氣條件下使用的閥門。這種閥門雖然數量不多,但價格卻占了很大的比重。此類閥門包括閘閥、截止閥、止回閥球閥和旋塞閥,壓力等級為ASME CL900~2500,溫度從室溫到400℃,主要材料有,A182—F11/F22/F32< @1、A216—WCB,A217—WC6/WC9、A351—CF8C,閥門口徑為DN15-400mm。這些閥門的功能與普通閥門相同,但目前國內尚無成套供貨能力。主要原因是閥門生產廠家與用戶(尤其是工程設計部門)的溝通不夠,不了解閥門的運行條件和要求,缺乏一套適用的技術文件、模具和圖紙。條件中等,缺乏工業化量產經驗。

在高壓加氫裝置中開發閥門不僅可以降低閥門價格。而且可以縮短供貨周期,方便訂單補貨,同時促進閥門行業的發展。事實上,我國部分閥門生產企業具備生產高壓加氫閥門的能力和條件,并已成功應用于加氫處理裝置(操作壓力8-10MPa)。

一個性能好的閥門,在設計、制造、檢驗檢測、質量控制等各個方面和環節都做得更好。本文結合高壓氡裝置的介質條件,對閥門的內部泄漏、外部雜音、強度設計、材料、檢驗試驗和質量控制等幾個主要問題進行了討論。

4 內漏與外控

閥門內漏和外漏的控制是反映閥門質量的重要參數。制造商采取了各種措施,盡量減少閥門的內漏和外漏。油、氫的外漏和內漏,不僅會污染環境,還容易引起火災或爆炸。閥門內漏主要發生在澆口處,外漏主要發生在閥桿填料和閥蓋墊片處。因此,要獲得良好的密封性能,必須從這三個方面入手。

4.1個填料密封泄漏

對于DN≥50mm的閘閥和截止閥,國外翻新廠的普遍做法是在閥桿密封處使用柔性石墨環和柔性石墨編織填料。其中,填料的頂、底環采用柔性石墨編織環,以防止石墨因強度高(與模壓石墨環相比)被擠入閥腔或閥外,模壓成型的石墨環中間使用石墨環(有時也在中間適當位置加編織環)。由于柔性石墨具有良好的流動性和減磨性能,而且石墨還具有良好的物理和化學穩定性,使用它作為填料不僅可以獲得良好的密封性,還可以減少對閥桿的磨損。對于填料函尺寸較小的球閥、旋塞閥和小口徑閘閥和截止閥,只有柔性石墨編織填料就足夠了。

在灌裝過程中對填料進行預壓縮也是保證密封良好(尤其是長期密封良好)的措施之一。大多數國產閥門在填料過程中僅限于壓實填料,因此其密封性能會隨著應用時間的增加而變差。雁門部分國外產品在灌裝過程中采用28兆帕的預壓,并設計了專用的預壓工具,可長期保持良好的密封性。當然,如果填料的預壓過大,會增加閥桿的磨損,增加閥門的開啟力。因此,此時應改進填料的選擇和閥桿的表面處理。使用柔性石墨環填料可以減少閥桿的磨損,也可以降低閥門的開啟扭矩。

還有一些閥門在填料壓蓋處使用“活載”配置。即在填料壓蓋的螺栓上加一個碟形彈簧,使填料壓蓋始終對填料作用較大的壓力,以防止因壓蓋螺栓松動或填料松動而引起泄漏。包裝。

4.2 個墊片密封泄漏

對于 DN ≥ 50mm 的閘閥、截止閥和止回閥,可以使用耐壓閥蓋。對于DN≤40mm的球閥、旋塞閥(多為下閥蓋)和閘板寬度、截止閥和止回閥,閥蓋一般采用法蘭連接。壓力密封寬蓋有兩種密封,一種是門檻蓋與密封圈的接觸點(圖1)),另一種是密封圈與閥體的接觸點。國外一些閥門產品將密封墊與閥蓋的接觸面設計為變角圓弧過渡面,使與閥蓋的密封為線密封,顯著提高其密封性,但增加了加工難度的環形墊圈。環形墊片的表面和對應的閥體密封面都鍍了一層銀,因為銀具有較好的可塑性,容易填充密封面上的微小孔隙,從而大大提高了閥蓋墊片的密封性能.

截止閥的作用_燃油速閉閥作用_雙作用節流截止放空閥

圖 1 用于壓力密封閥蓋的環形墊片

對于法蘭式閥蓋結構,大部分廠家使用纏繞墊片,因為纏繞墊片彈性好,回彈率高,在保證穩定性的同時更容易保證密封。與纏繞墊片配套的閥蓋密封采用箱式結構,即墊片置于閥蓋與閥體連接處的專用槽內,從而保證纏繞墊片的穩定性(即,不會因密封比壓導致墊片變得不穩定),同時增加了介質泄漏的阻力。事實證明,這樣的密封結構更好。

4.3 內漏

①閘閥

國內外廠商的澆口結構設計并沒有太大的區別。一般DN≤40mm的閘閥采用楔形整體閘板,而DN≥50mm的閘閥采用柔性楔形閘板。只要密封面的加工精度滿足要求,這種結構就可以滿足初始密封要求。但用戶期望閥門能夠長期保持良好的密封。一般來說,初期密封容易達到,但要達到良好的長期密封并不容易。這里有2個改進的倒數供參考。一是努力提高閘板導軌的精度,使其與閘板保持較小的配合間隙,以減少閘板與閥座的不均勻磨損,從而保證更長的密封壽命。導軌一般與閥體鑄成一體,不易加工,與閘板配合間隙較大,建議廠家注意這方面。二是考慮閘板和閥座下部的腐蝕。因為當閥門處于半開半關位置時,會形成高速的介質流動,嚴重沖刷介質流過的區域,而且由于硫化氫腐蝕產物的粘附和金屬含量很低,很容易被高速介質沖走,從而加速金屬的腐蝕,即形成沖蝕腐蝕。防止沖刷腐蝕的措施可以從選擇好的材料入手,即在相應的部位堆焊合適的硬質合金材料。除了在密封面上堆焊硬質合金外,有些廠家還在閘板下部和閥座的一定范圍內堆焊硬質合金,以防止非密封面的沖蝕和腐蝕。密封性不是一個大問題,但它對整個閥門有好處。

②截止閥

首先要保證閥瓣和閥座的加工精度,以獲得良好的初始密封。在抗沖刷腐蝕方面,國外某廠家采用了階梯式閥瓣結構(圖2),即在閥門開啟或關閉的過程中,閥瓣上的非密封臺階首先形成一個小流道,為了承受沖刷腐蝕,閥瓣和閥座的密封面不再直接受到沖刷腐蝕,或者減輕沖刷腐蝕的程度。

燃油速閉閥作用_截止閥的作用_雙作用節流截止放空閥

1.座椅;2.圓盤

圖2 截止閥階梯閥瓣

③球閥

應使用偏心或其他無摩擦的球形結構和金屬對金屬密封件。這是因為該結構密封可靠性高,防火安全性好,無摩擦,延長了閥門的有效壽命。

④旋塞閥

國外一般采用倒錐形平衡閥芯(即旋塞)結構(圖3)。一般CL≤300級采用機械平衡式結構,CL≥600級采用壓力平衡式結構,既能保證良好的密封,又能減少密封面金屬的磨損。國外某廠家在此基礎上噴涂旋塞,從而節省了定期噴密封膠的維護工作量。

雙作用節流截止放空閥_截止閥的作用_燃油速閉閥作用

1.主體;2.插頭

圖 3 倒錐壓力平衡旋塞閥

5 閥門強度設計

閥門的承壓部位應進行強度分析和強度設計。這些零件主要包括閥體、閥蓋、閘板和閥蓋螺栓。對于截止閥,有時(取決于結構)需要在閥座上進行局部強度分支。閥桿作為非承壓部件,也是必須設計強度的重要部件。所謂強度設計應該包括強度和剛度2個部分。

國外一些主要閥門規格如0.34、0.34等都給出了主要閥門零件的最小壁厚(直徑),而國內一些廠家直接使用(或稍大)這些規格值作為設計尺寸,并且沒有更多的強度設計。這個不嚴格,因為①閥門內部結構不同,閥門上腔的結構尺寸不同,所以計算出來的壁厚也不同。閥門的外觀和結構截止閥的作用,特別是形狀突變的處理方式不同,計算出的應力值,特別是應力集中程度也不同,最終可能導致計算出的壁厚不同。 ②閥體多為鑄件,冶煉條件差、原料來源復雜的閥廠,鑄件材料性能差異較大。鑄造材料的性能與其自身的鑄造缺陷(如偏析、枝晶組織、夾雜物、氣孔、氣孔和裂紋等)有關,波動變化很大,導致強度計算的基礎數據存在差異(例如應用程序)。大的。 ③ 不同的應用環境有不同的腐蝕條件,應考慮不同的腐蝕裕量。由于這些因素的影響,高壓氫氣閥對其相關部件的強度和/或剛度的計算是非常有必要的,因為稍有誤差就可能帶來嚴重的后果。

目前,我國大部分閥門廠都采用數學分析方法來計算閥門的強度和/或剛度。這種方法費時費力,計算精度也比較差,特別是對于構件形狀的突變,不能準確計算應力水平。而國外大部分閥門廠都采用了有限元分析方法,快速準確。對于高壓和要求苛刻的閥門,必須對組件的強度和/或剛度進行有限元分析。

6 種材料

高壓加氫裝置的運行工況不僅對材料的可靠性有很高的要求,而且對介質(如氫氣和硫化氫)本身的材料性能也有很高的要求,即介質在材料本身上有缺陷。更敏感。如果材料中存在非金屬夾雜物、夾渣、氣孔、裂紋等不連續缺陷,就容易導致氫氣的聚集。在常溫下,形成氫氣形成的局部高壓會導致氫氣變形,甚至誘發微裂紋,也會使材料變脆。劣化(氫脆)。在高溫下,這些缺陷更有利于氫致內部脫碳,從而加速材料的氫腐蝕和開裂過程。硫化氫介質對材料的外部不連續缺陷更為敏感,特別是在潮濕的硫化氫環境中,外部不連續缺陷往往成為應力腐蝕開裂的誘因。因此,減少或限制閥門承壓部件的缺陷是保證其可靠性和延長其使用壽命的關鍵因素之一。

閥門承壓件的制造方法有鑄造和鍛造兩種。鍛件不存在氣孔、氣孔、大面積圓形夾雜物、柱狀組織和枝晶組織等缺陷,金屬致密,綜合力學性能好,可靠性高。因此,鍛造是生產高壓氫化阿門承壓件的理想方法。 但考慮到大多數承壓件的形狀都比較復雜,而且很多都超過了一般模鍛件的尺寸,因此國內外大部分閥門廠仍采用鑄件作為閥門的主要承壓件,DN> 50 毫米。為保證鑄件質量,應從冶煉、鑄造工藝和焊補三個主要方面進行控制。冶煉對材料質量的影響是最基本的影響因素。不同的冶煉方法,得到的材料質量有很大差異。目前國內閥門廠普遍采用電爐冶煉,而國外大部分閥門廠采用VOD或AOD冶煉方式。 VOD/AOD與電爐冶煉相比,有益合金元素的燒損少,材料成分更容易接近理想狀態,脫氣性能好,有害雜質元素少,因此得到的材料質量較高。流延工藝是影響材料性能的關鍵因素,涉及流延膜材料的選擇、木模外模、流延溫度的控制和流延方法的選擇。總之,有利于提高鑄件質量的鑄造工藝,如精密鑄造、壓力鑄造、真空鑄造等,應該是閥門生產企業未來的發展方向。

焊接是鑄造缺陷的補救措施。大多數鑄件需要通過焊接進行修復。如果缺陷超過標準,就會報廢,這會增加閥門的生產成本。但是,每個閥門的焊縫數量、修復區域和焊縫數量應該受到限制,因為焊縫修復區域的金屬與鑄造金屬不同。性能越嚴重,材料的綜合性能越低。每次焊補相當于加熱鑄件一次,多次加熱鑄件會給它帶來一系列不利影響,因此閥門的焊補次數也應加以限制。 ASTM規范對鑄造材料的焊補提出了一定的要求,但要求相對較低。國外多效閥廠家對鑄件焊補的控制水平比ASTM規定的要嚴格。事實上,鑄件焊補的控制也體現了鑄件材料質量與生產成本的平衡,因此關鍵是提高鑄件的鑄件質量,盡量減少鑄件缺陷。

7 檢驗和測試

閥門的強度(水壓)試驗、密封試驗和必要的無損檢測是衡量閥門是否合格的必要條件,但良好不是衡量閥門質量好壞的充分條件,至少對于高壓加氫閥門來說,它們并不能完全體現一個閥門的綜合素質。以閥門的密封為例,一般情況下,只要保證密封件的加工精度,在冷態下很容易通過工廠密封試驗,但這并不意味著閥門用于長時間(特別是在高溫高壓工作條件下)。 ) 條件下也能保持良好的密封性。一旦閥門部件出現磨損、腐蝕、應力松弛、變形和材料變形等問題。會影響閥門的密封性能,嚴重時會導致密封失效。構件金屬結構的穩定性和均勻性、構件結構引起的局部應力水平等,都會在一定程度上影響材料的腐蝕、應力松弛、變形和退化。然而,材料的這些問題不能通過無損檢測和冷態壓力試驗來檢查。

對于一般介質中使用的中低壓閥門,上述問題可能不存在或不突出,而對于高壓氫氣條件下使用的閥門,這些問題則不容忽視。因此,閥門用于高壓氫氣應用。應全面檢查和試驗。由于閥門承壓件的材質(尤其是鑄造材料),閥門的使用壽命受到很大影響。因此,對承壓鑄件的檢驗試驗作了進一步的探討。

鑄造材料的質量主要取決于其生產過程(如冶煉過程、制造過程等),對其產品的各種檢驗試驗只是評價其質量的一種手段,并不能改變其質量。材料。質量。因此,在工業生產前對閥門零部件進行系統、科學的工藝評價就顯得尤為重要。工藝評價中的質量定位直接決定了材料(產品)的質量。針對高壓加氫裝置介質的特點,提出了其主要承壓部件在工業化生產前應進行的工藝評價項目。

①目視檢查MSSSP-55所列項目應逐項檢查。

②化學成分分析 包括爐前分析和產品分析,特別是有害雜質元素(如硫、磷、砷、銻、氫、氨等)的分析。化學成分分析應按照相應的 ASTM 標準進行。

③力學性能試驗 包括拉伸試驗(同時試驗拉伸強度、屈服強度、伸長率和斷面收縮率,并進行斷裂分析)、彎曲試驗、沖擊試驗和硬度試驗。機械性能測試應按照相應的 ASTM 標準進行。

④宏觀組織檢查 包括氣孔、裂紋、氣孔、中心夾渣、大尺寸非金屬夾雜物、硫、磷偏析等缺陷的檢查。檢驗按標準進行。

⑤顯微組織檢查 包括偏析、條狀(gui)狀組織、枝晶組織、晶粒度、小尺寸非金屬夾雜物等缺陷的檢查。對于奧氏體材料江蘇閥門廠家,還應包括鐵素體含量的測定。檢驗按/E45/E112等標準進行。

⑥無損檢測包括RT、UT、MT、PT等檢測。并給出適當的通過指標和通過率控制指標。無損檢測應分別按MSSSP-54、、(B)標準進行。

⑦晶間腐蝕試驗僅對奧氏體不銹鋼材料有要求。按照(E)標準試一下。

⑧焊接性能測試包括拉伸、彎曲、沖擊、硬度和無損檢測。

⑨閥體爆破試驗液體爆破試驗按0.2標準進行。在滿足一定控制指標的情況下,通過工藝評價確定的工藝參數可以作為生產參數,在工業生產中嚴格執行,以獲得滿足高壓氫氣應用條件的優質閥門。

8 質量控制

國產閥門的質量問題更多是在管理上。因為國內很多廠家對于產品制造的每一個過程都沒有一個具體的、詳細的、可行的操作程序,即使有這樣的程序,也不能保證每個工人都是一模一樣的。的預定工作。正因為如此,許多國內產品的質量不如國外產品。目前,國內大部分閥門廠都獲得了質量認證,一定程度上加強了閥門生產過程的質量管理。但技術文件的建立也要注意,因為產品是否先進主要取決于技術文件的先進性。

9 結論

影響閥門質量的因素有很多。要想生產出高質量的閥門,就必須在各個方面都做好。信息時代,閥門生產企業也應該走出去,多與外界交流,多與用戶(包括工程設計部門)交流。了解產品需求,了解閥門介質的工況。只有這樣美國AG真人官方网址閥門,才能生產出適合的產品,才能贏得市場。與國外tycovalve.cn/' target='_blank'>閥門廠家交流。可以學習和使用先進的技術和新產品來改進AG真人国际厅网站的產品。

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