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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的輕質油采收率。并且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 年代開始建立高壓加氫裝置。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WTO的挑戰。

2工作條件

高壓加氫裝置的介質環境具有2個突出特點,即高壓和氫氣(以及硫化氫)操作。

高壓操作不僅是因為它的操作壓力高(通常為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。

氫氣和硫化氫操作。表示對儲運設備數據的苛刻要求。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的快速平均腐蝕。這些特點都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。

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3 需求狀況

高壓加氫裝置中的閥門既有近氫工況,也有非氫工況,既有高壓工況,也有非高壓工況。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,溫度為室溫至400℃。主要數據為,A182—F11/F22/F321、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,但在國內不具備成套供貨能力。一套與介質條件相適應的技術文件、模具和圖紙,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。并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、檢驗實驗和質量控制等方面和環節都比較好。本文討論了閥門的內漏、外鼓、強度設計、數據、檢驗實驗和質量控制等幾個主要問題,并討論了高壓和氡裝置分離的介質條件。

4 內外漏電控制

閥門內漏和外漏控制質量是反映閥門質量的重要參數。制造商采取了各種措施來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。閥門的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,必須從這三個地方入手。

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,模壓石墨中間使用環(有時也在中間的正確位置添加編織環)。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達到良好的密封性,而且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。

填料在灌裝過程中停止預緊時,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,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,此時應在填料的選擇和閥桿的表面處理上進行改進。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,使填料壓蓋始終以較大的壓力作用在填料上,從而避免因壓蓋螺栓松動或填料松動而引起的泄漏。

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。壓封寬蓋上有兩處密封,一是門檻蓋與密封圈的接觸點(圖1)),另一個是密封圈與閥體的接觸點。國外一些閥門產品,密封圈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,其密封性顯著提高,但增加了加工密封圈的難度。環形墊片的外表面和相應的閥體密封面鍍有一層銀。由于銀具有良好的可塑性,易于填充密封面的微孔,從而大大提高了閥蓋墊片的密封性能。

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圖 1 用于壓力密封閥蓋的環形墊片

對于法蘭連接閥蓋結構,大部分廠家使用纏繞墊片,因為纏繞墊片彈性好,回彈率高,在保證穩定性的情況下更容易保證密封。與纏繞墊片配套的閥蓋密封采用箱式結構,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(即不受較大尺寸的影響。密封比壓使墊片變得不穩定),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

國內外各廠家的閘門結構設計并無太大差異。 DN≤40mm的普通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。但用戶希望閥門能夠長期保持良好的密封。一般情況下,初期密封容易達到,但要達到良好的長期密封卻不容易。這里有2個改進的不倒翁供參考。一是努力提高閘板導軌的精度高壓不銹鋼閘閥,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。當閥門處于半開半關位置時,會形成高速的介質流動,對介質流過的區域造成嚴重的侵蝕,而且由于硫化氫與金屬的附著力低。腐蝕產物,很容易被高速介質沖走,從而加速金屬的腐蝕,構成沖蝕腐蝕。避免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。一些廠家除了在密封面上堆焊硬質合金外,還在閘板下部和閥座的一定范圍內堆焊硬質合金,以避免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,必須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更小的流道,為了接受沖刷腐蝕,閥瓣和閥座的密封面不再直接受到沖刷腐蝕,或者沖刷腐蝕的程度有所緩解。

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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球結構和金屬對金屬密封。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。國外有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。

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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)需要在閥座部分停止強度分支芯。閥桿是非承壓部件,也是必須進行強度設計的重要部件。所謂強度設計應該包括強度和剛度。

國外一些主要閥門標準如0.34、0.34給出了閥門主要零件的最小壁厚(直徑),而國內一些廠家直接使用(或稍大)這些標準值作為設計尺寸,并且沒有更多的停止強度設計。這個并不嚴格高壓不銹鋼閘閥,因為①閥門的內部零件結構不同,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,特別是形狀突變的處理方式不同,計算出的應力值,尤其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,冶煉條件較差,原始數據來源復雜的閥廠,其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,從而形成強度計算的基礎數據(如何使用它)差異比較大。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,對于高壓氫氣閥來說,計算其相關零件的強度和/或剛度是非常有必要的。稍有不慎,就有可能帶來嚴重后果。

目前,中國大多數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,特別是對于零件形狀的突變,不能準確計算受力程度。而國外大部分閥門廠都采用了有限元分析方法,快速準確。對于高壓和高要求的閥門,有必要使用有限元方法分析部件的強度和/或剛度。

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6 信息

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,而且介質(如氫氣和硫化氫)本身對材料的性能也有很高的要求,即介質對材料本身比較敏感有缺陷。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,由于其所形成的零件的高壓,會引起氫變形,甚至誘發微裂紋。同時,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、大尺寸圓形夾雜物、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。 但考慮到大部分承壓件的形狀都比較復雜,而且很多都超過了普通模鍛件的尺寸,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根本的影響因素。不同的冶煉方法,所得到的材料質量差異很大。目前國內閥門廠普遍采用電爐冶煉tycovalve,而國外大部分閥門廠采用VOD或AOD冶煉方式。與電爐熔煉相比,VOD/AOD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。澆注工藝是影響材料性能的關鍵因素,它涉及到澆注膜材料的選擇、木模外模的接觸、澆注溫度的控制和澆注方法的選擇。總之,精鑄、壓力鑄造、真空鑄造等有利于提高鑄件質量的鑄造工藝,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、焊縫修復面積和焊縫數量應有所限制。由于焊補區的金屬與鑄造金屬不同,焊補次數越多,焊補區越大,鑄造金屬就會形成凹凸不平。表現越嚴重,數據的整體表現越低。每次焊補相當于加熱鑄件一次,反復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標準對鑄造材料的焊補提出了一定的要求,但要求較低。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之間的平衡關系,因此關鍵是提高鑄件的鑄件質量,盡可能減少鑄件缺陷。

7 檢查和實驗

閥門的強度(水壓)試驗、密封性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,在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整體質量。以閥門密封為例,正常情況下,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實驗,但并不代表閥門可以長期使用(特別是在高溫高壓工作狀態下)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、變形和材料變性等問題。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以及構件結構所形成的局部應力的程度,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,這些數據問題無法通過無損檢測和冷態壓力實驗來檢驗。

對于普通介質中使用的中低壓閥門,上述問題可能不存在或不突出美國ag真人官网平台閥門,但對于高壓氫氣條件下使用的閥門,這些問題是不容忽視的。因此,閥門用于高壓氫氣應用。它應該停止全方位的檢查實驗。因為閥門承壓件的材質(尤其是鑄造材料)對閥門的使用壽命影響很大。因此,對承壓鑄件的檢驗試驗進行了進一步的探討。

鑄造材料的質量主要取決于其生產工藝(如冶煉工藝、制造工藝等),對其產品進行的各種檢驗實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,在初始工業生產線上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。根據高壓加氫裝置的介質特性,提出了其主要承壓部件在工業消耗前應停止的工藝評價項目。

①目視檢查MSSSP-55所列項目應逐項檢查。

②化學成分分析 包括熔爐分析和產品分析,應特別注意有害雜質元素(如硫、磷、砷、銻、氫和氨等)的分析。化學成分分析應按照相應的 ASTM 規范進行。

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。應根據相應的 ASTM 規范停止機械性能測試。

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 . 等規范停止。

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。對于奧氏體數據,還應包括鐵素體含量的測定。根據/E45/E112等規范停止檢查。

⑥無損檢測包括RT、UT、MT、PT等檢測。并給出相應的合格指標和合格率控制指標。無損檢測應分別按照MSSSP-54、、(B)規范進行。

⑦晶間腐蝕試驗 該要求僅適用于奧氏體不銹鋼材料。嘗試按 (E) 停止指定。

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 液體爆破試驗應按0.2的規定停止。在滿足一定控制指標的情況下,工藝評價確定的工藝參數可作為生產參數,并在工業生產中嚴格執行,以獲得滿足高壓氫氣應用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。由于國內很多廠家對產品制造的每道工序都沒有詳細、詳細、可行的操作程序,即使有這樣的程序,也不能保證每一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已獲得質量認證,在一定程度上加強了閥門生產過程的質量管理。但是,AG真人官方网址也必須注意技術文件的建立,因為產品的先進與否主要取決于技術文件的先進性。

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