石油化工裝置閥門技術(shù)分析

1、30萬噸/年 乙烯 石油化工裝置閥門技術(shù)分析化學(xué)基本概念 物質(zhì)：世界由物質(zhì)組成，物質(zhì)在不斷運(yùn)動(dòng)。 1.物質(zhì)的變化和性質(zhì) 2.物質(zhì)的組成： 物質(zhì)由分子組成原子組成 分子特點(diǎn)：變化分子間有間隙，三態(tài)不斷運(yùn)動(dòng)很小，但有質(zhì)量性質(zhì)。，所表現(xiàn)的性質(zhì)叫化學(xué)化學(xué)變化：生成新物質(zhì)物質(zhì)性質(zhì)。物質(zhì)，所表現(xiàn)的性質(zhì)叫物理變化：沒有生成新原子：是物質(zhì)在化學(xué)變化中的最小微粒 特點(diǎn) 。分子的形成，如從低能到高能個(gè)個(gè)，次外層不能超過最外層不能超過分層排各電子層按核外電子（帶負(fù)電）中子（中性）質(zhì)子（帶正電）原子核原子結(jié)構(gòu)，原子新組合成分子子分解為原子，原子重原子在不斷運(yùn)動(dòng)，分很小，但有質(zhì)量NaCl188n22 元素：具有相同核電

2、荷數(shù)的同一類質(zhì)子的總稱。自然界的一切物質(zhì)，都是由元素組成。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)元素114種。 單質(zhì)：由同一種元素組成的物質(zhì)，如：O2、H2、Cu、Fe等。 化合物：由多種元素組成的物質(zhì)，如H2O、NaCl等。元素周期表元素周期表 1、原子序數(shù)（質(zhì)子數(shù)）：把已發(fā)現(xiàn)的114種元素按原子序數(shù)的遞增順序排成一個(gè)總表，叫元素周期表。量變到質(zhì)變。 2、周期：具有相同電子層，按原子序數(shù)遞增順序排成一個(gè)橫行，有7個(gè)電子層，有7個(gè)周期，同一周期元素遞變規(guī)律。 化合價(jià) +1+7 金屬性 左-右 金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng) 最高氧化物的水化物，堿性減弱，酸性增強(qiáng)。 3、族：把最外層具有相同核電子數(shù)目的元素排成縱行叫族。分主族和副族

3、。自上而下金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱4. 分子的組成：離子健，離子化合物，共價(jià)健，共價(jià)化合物，金屬健 元素在周期表中的位置來看物質(zhì)的性質(zhì)：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、非導(dǎo)體酸堿性腐蝕性耐磨性石油烴的組成 石油是非常復(fù)雜的有機(jī)化合物的混合物。 主要成分：碳占8387%、氫占1114%，其它為硫、氮、氧及微量金屬元素。 石油有各種烴類組成。主要有烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴。 1、烷烴隨分子量的增加分別以氣、液、固三態(tài)存在。 在常溫下：氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài) C1-C4 C5-C15 C16以上 2、環(huán)烷烴：它是戊烷和已烷的衍生物。存在于煤油、柴油餾分中，如 3、芳香烴：它是含苯的烷，存在于煤油、柴油及潤滑餾分中，如石油烴的加

4、工反應(yīng) 烴類的熱裂解，有熱裂解和催化裂解兩種。 原料有氣態(tài)烴和液態(tài)烴兩種。 烷烴熱裂解反應(yīng)： 環(huán)烷烴的裂解反應(yīng)：斷鏈和脫氫生成乙烯、丁烯、丁二烯和芳烴；芳烴 裂解反應(yīng)：烷基芳烴側(cè)鏈斷裂生成苯、甲苯和二甲苯、高級烷烴、側(cè)鏈、脫碳生成低級烯烴。溫度1000時(shí)都會(huì)分解成氫和炭。烴類催化重整30萬噸/年 乙烯大型石油化工成套裝置情況分析裝置名稱閥類 規(guī)格數(shù) 臺數(shù)30萬噸/年乙烯4007924注：1、閥類指閘閥、截止閥、止回閥等閥門名稱。 2、規(guī)格數(shù)指口徑數(shù)如DN50、65、80等，一 個(gè)口徑算一個(gè)規(guī)格特殊閥門特點(diǎn)1、技術(shù)參數(shù)：溫度：最低溫度為-180，最高溫度為816。球閥最高溫度為320。蝶閥最高溫

5、度為300。壓力：最低壓力為真空，真空度達(dá)0.01Torr abs，泄漏量要求為0.03毫升/小時(shí)，最高壓力為超高壓330Mpa?？趶剑篋N為31000（不包括低壓閥門）。有氣體、液體、漿料、粉末。其中有不少介質(zhì)具有易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕、劇毒、結(jié)焦、易結(jié)晶等特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)方式：手動(dòng)、電動(dòng)、氣動(dòng)、氣-液聯(lián)動(dòng)、電-液聯(lián)動(dòng)等。結(jié)構(gòu)閥類：有截止閥、閘閥、止回閥、旋塞閥、球閥、蝶閥、柱塞閥、安全閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥等十一個(gè)閥類。流通型式：有直通、角式、直流（Y型）、三通等。附加裝置：有波紋管、清焦蒸汽管、保溫套、重錘、引出管等。材料 大部分為碳鋼材料，鑄、鍛閥體，密封面材料絕大部分是堆焊鈷鉻鎢硬質(zhì)合金，特殊鋼種

6、如下：耐熱鋼：一般溫度在510816之間，材料為Cr5Mo，15CrMo，12CrMoV，1Cr18Ni9Ti，Cr18Ni12Mo2Ti等。低溫鋼：3.5%Ni鋼，1Cr18Ni9Ti等。耐腐蝕材料：1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni12Mo2Ti，1Cr18Ni12Mo3Ti，Ti材，以及襯聚四氟乙烯，陶瓷襯里材料等。彈簧鋼：60Si2Mn、65Mn。非金屬材料：聚四氟乙烯，耐高溫橡膠，耐高溫填料，碳素纖維，柔性石墨等。30萬噸/年 乙烯裝置閥門分析 我國由日本東洋工程公司引進(jìn)過一套30萬噸/年乙烯裝置，安裝在北京石油化工總廠。流程圖閥門特點(diǎn)： 由于裂解氣的高溫538，677 ，800，

7、820，在輸送此介質(zhì)的管道上需安裝高溫閥門。 由于低溫分離系統(tǒng)是利用C1到C4各種餾分的不同沸點(diǎn)和臨界壓力將C1C4餾分和H2以及其他雜質(zhì)分離，現(xiàn)將C1C4餾分的沸點(diǎn)及臨界壓力列出如表1所示： 此裝置工藝系統(tǒng)中有關(guān)設(shè)備的溫度為：-6、-14、-24、-32、-37、-40、-55、-72、-75、-96、-98、-99、-101.4、-130、-165，需要安裝大量的低溫閥門。 由于乙烯、丙烯、乙烷等介質(zhì)易燃易爆，需要一定數(shù)量的波紋管安全閥。由于一部分自動(dòng)控制的需要，此裝置采用了一定品種和數(shù)量的防爆電動(dòng)閥門。 現(xiàn)將各種閥門分別簡述如下：高溫閘閥：安裝在乙烷裂解爐的出口結(jié)構(gòu)如圖1所示，技術(shù)參數(shù)壓

8、力：ANSI 300口徑：最大為8最高使用溫度：816工作壓力：24bar介質(zhì)：裂解氣試驗(yàn)壓力：強(qiáng)度為77.5bar，密封為53bar，氣密性 為6bar空氣。此裝置采用了日本Yoneki閥門制造廠的產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)及材料特點(diǎn) 閘板為彈性閘板，采用SCS14（CF8M），密封表面為stellite（鈷鉻鎢硬質(zhì)合金）。 閥座為插入焊接結(jié)構(gòu)，基體材料為SUS316，表面亦為stellite。 閥體及閥蓋上裝有蒸汽管道，在填料箱，閥蓋上方兩側(cè)，閥體兩側(cè)出口端管道部分，體腔下部等位置均有開口（鑄造出相應(yīng)的凸臺），供通入高溫蒸汽清焦用，蒸汽管道口徑為1/21，閥體材料為SCS14（CF8M）。 閥桿材料為SU

9、S316，與填料接觸部分表面為colmana- nay，即Cr-Ni-B合金。 填料采用碳素纖維，牌號為T#-650P 2800，形狀為成型填料，但碳素纖維極易氧化，在高溫下為了避免與空氣接觸，填料與大氣接觸部分為夾鎳鉻絲石棉填料，也可為柔性石墨。 中法蘭螺栓材料為SUH33，螺母為S45C（45）或SUS304。 閥桿螺母材料為AIBC2（ZQAl10-3-2）。 為了降低填料處的溫度，鑄了四片散熱片，中法蘭采用八角墊密封，材料為SUS316L。膨脹（撐開）式閘閥安裝在輕柴油裂解爐出口，結(jié)構(gòu)如圖2所示，技術(shù)參數(shù)壓力：ANSI 300口徑：40300mm溫度：350介質(zhì)：裂解氣工作壓力：304

10、5bar試驗(yàn)壓力：強(qiáng)度77bar，密封53bar，氣密性 6bar（空氣） 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及材料 閘板為撐開式結(jié)構(gòu)，屬于平行雙閘板類型，中間有一雙斜面，兩塊板用彈簧壓在一起，在閘板關(guān)閉時(shí)由于斜面產(chǎn)生垂直于閥桿的力，使閥板向進(jìn)出口閥座封面擠壓，產(chǎn)生預(yù)密封力。由于斜面有間隙，在閘板開啟時(shí)，兩塊閘板先消失密封面上的預(yù)密封力，以減少密封面的擦傷，延長密封面的壽命，然后提起，使閘板下面帶有導(dǎo)管的部分與閥門進(jìn)出口管道接通吻合，以減少介質(zhì)的阻力損失。另外在閥板下方焊有兩塊側(cè)板，與閥座上的側(cè)板組成密封付，以使在閘板動(dòng)作時(shí)，介質(zhì)中的雜質(zhì)不易進(jìn)入閥體腔，并使介質(zhì)不易進(jìn)入體腔結(jié)焦。而閘板本題材料為SUS403（1Cr12

11、），表面為stellite，側(cè)板表面為Molycoating（鉬涂層），閘板彈簧兩件，材料為Inconel。 閥體結(jié)構(gòu)與一般閘閥不同之點(diǎn)為下方多一體腔，以容納閘板的導(dǎo)管部分，并開有導(dǎo)出孔，焊上引出管，以利于及時(shí)清焦和排除其他雜質(zhì)。閥體材料為SCPH2（WCB）。 閥座無甚特殊要求，材料為SUS403（1Cr12），表面為Stellite。 閥桿材料為SUS304，與填料接觸部分表面有Molycoating涂層。 此種結(jié)構(gòu)的閥門，在原油輸送，油品、天然氣長輸送管線上大量應(yīng)用，美國已把這種結(jié)構(gòu)的閥門列入美國石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API-6D。平板式閘閥安裝在裂解爐的出口，結(jié)構(gòu)如圖3所示。技術(shù)參數(shù)壓力：ANS

12、I 150、ANSI 300口徑：230溫度：250和400兩種介質(zhì)：裂解氣工作壓力：6.520bar 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料 閥板為平行單閘板，下方帶有導(dǎo)管，在全部開啟時(shí)，導(dǎo)管與閥門進(jìn)出口流道接通吻合，相當(dāng)于管道。本體材料為SUS304。 不同口徑的閥門閥座及填料材料相同，但尺寸不一樣，在溫度不同時(shí)，材料隨溫度而變，250時(shí)采用Astlon（改性聚四氟乙烯），專利號為PAT-500573和488724，溫度為400時(shí)采用專用的Espel密封圈，專利號為PAT488724和287437。 閥體結(jié)構(gòu)與膨脹式閘閥相似，只是進(jìn)出口管帶有縮口，400時(shí)帶有蒸汽管清焦，250時(shí)則沒有。本體材料為SCPH2（WC

13、B）。 板式閘閥與膨脹式閘閥的不同點(diǎn)是：一個(gè)是硬密封，鈷鉻鎢硬質(zhì)合金對應(yīng)形成密封付，板式閘閥則是不銹鋼對樹脂形成的軟密封付。低溫閥門 以下是低溫閥門的材料選用、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)研究方面的大致情況。概況 隨著現(xiàn)在化技術(shù)的發(fā)展，液氧、液氮、液氫、液氦以及液化石油氣等得到廣泛的應(yīng)用，尤其是清凈的能源液化天然氣越來越受到世界各國的重視。液化氦的溫度-269，液化氫的溫度-254，液化氮的溫度-196，液化氧的溫度-183，液化天然氣的溫度-162 從六十年代開始，對低溫閥門的設(shè)計(jì)、制造和研究作了大量工作，發(fā)表了很多低溫閥門的技術(shù)論文，加強(qiáng)了高壓氣體管理法，制定了低溫閥門的法規(guī)和規(guī)范，這些規(guī)范許多引自低溫

14、壓力容器。由于閥門在結(jié)構(gòu)、材料和性能上與容器不同，各閥門廠家對這些規(guī)范的不足之處進(jìn)行了補(bǔ)充，以質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化為目的。制定了一些低溫閥門的標(biāo)準(zhǔn)。 我國規(guī)定，-40-100 為低溫， -100以下為超低溫。 隨著需要量的逐漸增大，低溫閥門的品種和產(chǎn)量有了大幅度的增長，現(xiàn)在已能生產(chǎn)的低溫閥門，壓力等級常用的有150、300、600和900磅/英寸2四級，最低使用溫度-254，公稱通徑150800mm,驅(qū)動(dòng)方式為手動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、電動(dòng)、氣動(dòng)和液動(dòng)。并在研制溫度-269以下和壓力高于1000磅/英寸2的超低溫閥門。低溫閥門的材料選擇 從金相學(xué)得知，除具有面心立方晶格的奧氏體鋼以及銅、鋁等以外，一般的鋼在低

15、溫狀態(tài)下將出現(xiàn)低溫脆性，降低閥門的強(qiáng)度和使用壽命，因此在選擇低溫閥門的材料時(shí)應(yīng)考慮以下因素： 1.閥門最低使用溫度。 2.金屬材料在低溫下的韌性及組織穩(wěn)定性。 3.采用焊接連接時(shí)還須考慮材料的焊接性能。 現(xiàn)在將低溫閥門主要材料分述如下。 閥體、閥蓋和關(guān)閉件材料 低溫閥門用材料大致是溫度高于-100時(shí)選用鐵素體鋼，低于-100時(shí)選用奧氏體鋼，低壓及小口徑閥門選用銅和鋁等材料。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)最低使用溫度選擇適當(dāng)?shù)牟牧?。具有代表性的材料于?中，表2列出這些化學(xué)成分及機(jī)械性能。 閥桿和緊固件材料 對閥桿和螺栓材料采用Ni、Cr-Mo等合金鋼，一般在-100以上使用，這些材料可經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚韥硖岣呖估?/p>

16、強(qiáng)度和防止螺紋咬傷等問題。在-100以下使用時(shí)，則采用奧氏體耐酸鋼制造，但這種材料硬度低，造成閥桿與填料發(fā)生擦傷，致使填料處泄漏，所以必須在閥桿表面鍍硬鉻，鍍層厚0.040.06mm，或進(jìn)行氮化處理可以提高表面硬度。又因?yàn)檫@些材料比較容易粘傷，屈服點(diǎn)又低，故要加入硫、硅等元素來改善切削加工性能，另外采用表面加工硬化的方法可提高其硬度一倍左右。 為防止螺母與螺栓咬死，螺母一般采用Mo或Ni鋼，同時(shí)在螺紋表面上涂二硫化鉬。低溫閥門閥桿和緊固件常用材料的化學(xué)成分和機(jī)械性能列于表3中。 填料和墊片的材料 用作填料的材料有聚四氟乙烯、石棉、柔性石墨等，由于橡膠對液化天然氣有泡脹性，而石棉填料對滲透性泄漏

17、又無法避免，因此采用浸漬聚四氟乙烯的石棉填料。 低溫閥門用墊片必須在常溫、低溫、及溫度變化下具有可靠的密封性和復(fù)原性，同時(shí)墊片材料在低溫情況下會(huì)硬化和降低塑性，故應(yīng)選擇變化小的使用。當(dāng)使用溫度-100，低溫最高使用壓力30bar時(shí)，采用長纖維白石棉的石棉橡膠板T#/1910。當(dāng)使用溫度-200，最高使用壓力50bar時(shí)，采用耐酸鋼帶夾石棉繞制而成的纏繞式墊片。又因橡膠在液化天然氣中容易泡脹，而石棉墊片則彈性不足，最好采用聚四氟乙烯和耐酸鋼帶繞制而成的纏繞式墊片。近幾年來，填料和墊片大量采用柔性石墨材料,可用于-200的低溫閥門上，柔性石墨是目前比較理想的填料墊片材料。低溫閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為保證

18、閥門在低溫狀態(tài)下長期安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)，除了充分滿足在強(qiáng)度、腐蝕和浸蝕性能，操作方便和水力性能等方面對一般閥門提出的全部要求，并盡量考慮和常溫閥門零件的通行性，還應(yīng)重點(diǎn)掌握所用材料的低溫特性和介質(zhì)特點(diǎn)，然后根據(jù)上述情況及用戶的使用要求，來設(shè)計(jì)適用的低溫閥門。 下面對低溫閥門必須注意的問題以及一般閥門不同之處介紹。 低溫閥門用量較大的有閘閥、截止閥、球閥、蝶閥和止回閥等型式。閘閥如圖1所示，為楔式閘閥，主要用于250mm以上的主管路上。結(jié)構(gòu)型式 截止閥有直通式(圖2)和直角式二種，主要用200mm以下的輔助管路中。 蝶閥(圖3)主要用于低壓的管路中，但有向高壓力的發(fā)展趨勢，目前，已生產(chǎn)到壓力25b

19、ar，口徑800mm的蝶閥。 球閥(圖4)近年來已開始用于低溫管路中，球閥具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)配管系統(tǒng)小，保冷容 易，省料， (2)外形尺寸小，吸收熱 量少， (3)可以任意方向流動(dòng)， (4)低溫時(shí)，傳動(dòng)部分不 受影響。 止回閥采用旋啟式結(jié)構(gòu)，但在擺動(dòng)較大的場合下使用時(shí)，采用升降式結(jié)構(gòu)。 安全閥、排放閥一般采用彈簧結(jié)構(gòu)，但對可燃性氣體、有毒氣體等不允許排入大氣中的場合，大都采用波紋管結(jié)構(gòu)。在危險(xiǎn)氣體和液體的貯槽上，裝有緊急切斷閥(圖5)，以防止管道破壞事故，當(dāng)閥內(nèi)發(fā)生超過正常流速時(shí)，該閥具有能主動(dòng)關(guān)閉的結(jié)構(gòu)。 在低溫狀態(tài)下，隨溫度降低，填料彈性逐漸消失，防漏性能隨之降低，由于介質(zhì)滲漏造成填料

20、與閥桿處結(jié)冰，影響閥桿正常操作，同時(shí)也會(huì)因?yàn)殚y桿上下移動(dòng)把填料劃傷，引起嚴(yán)重泄漏。為此，低溫閥門必須采用如圖6所示的長頸閥蓋結(jié)構(gòu)，以減少體腔內(nèi)的低溫向填料處擴(kuò)散，而使填料部分的溫度保持在0以上，來改善填料的工作條件，減少冷損，以便于閥門保冷。長頸閥蓋 長頸閥蓋的長度是按材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱面積及表面散熱系數(shù)和和散熱面積等因素來決定，同時(shí)也要滿足保冷層厚度的需要。合適的長度可用實(shí)驗(yàn)的方法求得，表4為考慮到標(biāo)準(zhǔn)低溫閥門使用溫度和保冷材料的厚度而設(shè)計(jì)的長頸閥蓋的頸部長度。 為了提高保冷效果的支持保冷材料，在長頸部分安裝有隔溫板(圖7)。 在液化石油氣管道中，當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，體腔內(nèi)的液化逐漸從大氣中吸收

21、熱量回升常溫，經(jīng)汽化產(chǎn)生極高的壓力，一般稱為異常升壓。例如液化天然氣在-162 時(shí)，壓力為24bar，但溫度回升到20時(shí)，壓力就增加到293bar。當(dāng)異常升壓現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，會(huì)使閘板緊壓在閥座上，導(dǎo)致閘板打不開，這時(shí)的高壓會(huì)將中法蘭墊片沖出或沖壞填料，也可能引起閥體及閥蓋的破裂事故。為了預(yù)防異常升壓，通常采用以下三種措施：預(yù)防異常升壓措施 (1)在彈性閘板或雙閘板的進(jìn)口側(cè)鉆一小孔(圖8)作為體腔和進(jìn)口側(cè)的壓力平衡孔，此時(shí)閥體上必須有指示流向的箭頭以保證安裝正確。由于異常高壓可使單閘板閘閥的閥體產(chǎn)生彈性變形排出高壓，所以單閘板不需開孔。這種方法比較簡單，目前得到各廠的廣泛采用，但安裝時(shí)壓力平衡孔(泄

22、壓孔、通風(fēng)孔)一定要通向介質(zhì)進(jìn)口側(cè)，給安裝帶來很多麻煩。 (2)在閥門上設(shè)置引出管或安裝安全閥(圖9)用于排泄異常高壓。此種方法一般在閥蓋上安裝有保證閥體強(qiáng)度的安全閥，可以排出異常高壓?；蛟陂y體下部安裝排氣閥，可以把中腔的殘液排出來來預(yù)防異常高壓。 (3)在止回閥與切斷閥串聯(lián)的場合，應(yīng)將切斷閥放在止回閥的前面，若工藝上需要安裝在后面時(shí)，為了排出兩閥之間產(chǎn)生的異常高壓，必須在兩閥之間裝設(shè)排放閥。 (1)低溫閥門的關(guān)閉件和閥座密封面多采用司太立合金堆焊，但也有關(guān)閉件密封面采用軟密封結(jié)構(gòu)。由于聚四氟乙烯膨脹系數(shù)大，低溫時(shí)變脆，所以只能用于-70以上的低溫閥門上。聚三氟氯乙烯可用與-162 的低溫閥門

23、上，并且使用效果好。 (2)低溫閥門都設(shè)有上密封機(jī)構(gòu)，同時(shí)上密封部位都要堆焊司太立合金，并經(jīng)過精加工和研磨。其它 (3)低溫閥門的填料函多采用帶有中間金屬隔離環(huán)的二段填料結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也有采用一般閥門的填料函結(jié)構(gòu)和閥桿能自緊的二重填料函結(jié)構(gòu)等其他型式。 (4)中法蘭螺栓是在反復(fù)載荷下工作，常會(huì)因疲勞而產(chǎn)生斷裂，故應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。當(dāng)螺栓預(yù)緊力大小不均勻時(shí)，易產(chǎn)生破壞，所以最好用扭力扳手來上緊螺栓。又因螺栓在螺紋根部最易引起應(yīng)力集中，最好將螺栓全部制成全螺紋。 為了確保低溫閥門的安全運(yùn)行，在質(zhì)量管理方面比一般閥門要求更嚴(yán)格，因此在生產(chǎn)前應(yīng)首先提出“生產(chǎn)工藝和質(zhì)量檢驗(yàn)過程卡片”，經(jīng)用戶同意后，生產(chǎn)和檢驗(yàn)

24、就按規(guī)定的程序進(jìn)行，很多重要環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)用戶必須參加。 低溫閥門與一般閥門比較，需增加如下特殊生產(chǎn)工藝和質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目。低溫閥門的特殊生產(chǎn)工藝及試驗(yàn) 當(dāng)溫度降低時(shí)，產(chǎn)生感到冷縮和溫差應(yīng)力引起閥門零件不規(guī)則的變形是引起低溫泄漏的一個(gè)原因，當(dāng)然奧氏體耐酸鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度時(shí)部分奧氏體變成馬氏體而引起體積變化導(dǎo)致閥門泄漏也是一個(gè)重要原因。為了提高低溫閥門的密封性能，在加工或裝配之前對零件進(jìn)行深冷處理是防止泄漏的有效措施。 一般規(guī)定，在-100以下使用的低溫閥門零件在加工前應(yīng)采取工作溫度或比工作溫度更低的溫度進(jìn)行深冷處理。但用戶有特殊要求時(shí)，高于-100使用的閥門零件也可進(jìn)行深冷處理。深冷處理 深冷處理工

25、藝流程大體有以下三種。 (1)對閥體、閥蓋、關(guān)閉件、閥桿和緊固件等零件進(jìn)行深冷處理。在深冷處理前應(yīng)進(jìn)行粗加工和熱處理。深冷處理分為冷卻、保溫和放冷三個(gè)階段進(jìn)行。首先將零件浸放在液氮箱中（圖10）進(jìn)行冷卻，當(dāng)零件溫度達(dá)到-190時(shí)開始保冷12小時(shí)，然后將零件取出箱外放冷到常溫，重復(fù)循環(huán)2次。使用溫度較低和質(zhì)量要求嚴(yán)格的閥門采用此種方法。 (2)對閥體、閥蓋和關(guān)閉件等鑄造零件進(jìn)行深冷處理。將鑄件毛胚或粗加工零件放在液氮箱中降溫和保冷24小時(shí)，取出在大氣中放冷到-4左右，重復(fù)循環(huán)34次。大多數(shù)廠家生產(chǎn)的-162液化天然氣用低溫閥門都采用這種方法，閥門密封性能比較好。 (3)對于堆焊司太立合金的密封面

26、焊后要進(jìn)行深冷處理。為了使密封面的變形在使用時(shí)達(dá)到最小的程度，所以在研磨前浸在-196的液氮中，保冷26小時(shí)進(jìn)行深冷處理，然后研磨裝配。 用鐵素體材料制造的低溫閥門的主要零件，特別是鑄件，應(yīng)進(jìn)行使用溫度下的沖擊試驗(yàn)，其試驗(yàn)方法（圖11）是把試塊放在冷卻介質(zhì)中浸15分鐘，爾后在5秒鐘內(nèi)迅速試驗(yàn)完畢。冷卻介質(zhì)按表5選取。低溫沖擊試驗(yàn) 低溫沖擊試驗(yàn)的取樣方法、試樣形狀及評定指標(biāo)按日本標(biāo)準(zhǔn)JIS的規(guī)定。用JIS Z 2202的5號試樣（5mmU型缺口，三個(gè)試樣的平均值2.1kg-m，最小值1.4kg-m）或4號試樣（2mmV型缺口，三個(gè)試樣的平均值3.46kg-m，最小值2.76kg-m）。由于V型試

27、樣的低溫沖擊值變化最敏銳，所以多數(shù)用戶提出用V型試樣。 熱處理對鐵素體鋼的低溫性能有很大的影響，所以要進(jìn)行嚴(yán)格的管理。由于奧氏體耐酸鋼在低溫下不發(fā)生脆性，故用于低溫時(shí)不要求作低溫沖擊實(shí)驗(yàn)。但如果熱處理不當(dāng)，在晶界處將析出碳化物，不但容易發(fā)生晶間腐蝕，也會(huì)使低溫沖擊值下降，所以在制造過程中要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理。 由于鑄鋼件易發(fā)生氣孔、夾渣、縮松和裂紋等內(nèi)部缺陷，而這些缺陷將產(chǎn)生應(yīng)力集中，使低溫沖擊值下降，故對鑄鋼件高應(yīng)力的部位要進(jìn)行無損探傷檢驗(yàn)。對鐵磁性干可采用磁粉探傷或液體著色滲透檢驗(yàn)，對非鐵磁性鋼則采用超聲波探傷或液體著色滲透檢驗(yàn)，有特殊要求的還要經(jīng)過放射線檢驗(yàn)。各種無損探傷方法和判廢規(guī)定按

28、美國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及工廠有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。無損探傷檢驗(yàn) 由于用水試驗(yàn)時(shí)，在填料中會(huì)殘存水分，在使用時(shí)會(huì)因凍冰造成閥門操作困難，致使閥桿和填料損壞，所以一般用氮?dú)庠囼?yàn)，試壓方法與一般閥門相同。試驗(yàn)順序?yàn)閺?qiáng)度試驗(yàn)-上密封試驗(yàn)-密封試驗(yàn)。強(qiáng)度和密封實(shí)驗(yàn) 低溫密封及操作實(shí)驗(yàn)的目的是，通過使用溫度下的密封及操作試驗(yàn)，檢查低溫時(shí)閥門的泄漏及操作情況。低溫試驗(yàn)在產(chǎn)品常溫試驗(yàn)合格后進(jìn)行，試驗(yàn)前閥內(nèi)不準(zhǔn)有水分和油脂。低溫試驗(yàn)裝置如圖12所示，由液氮貯罐、高壓氮?dú)馄俊⒌蜏叵?、支持架、檢漏計(jì)、閥門管件及測溫儀等組成。低溫箱用耐酸鋼制造，裝有保冷層，其尺寸由所試驗(yàn)的閥門大小決定。閥的固定裝置采用具有充分低溫強(qiáng)度的材料制造。降溫

29、用的液氮是用液氮罐車從液氮生產(chǎn)廠運(yùn)來，存放在壓力25bar，容積1.53m3具有保冷層的液氮貯罐內(nèi)（圖13）。試驗(yàn)時(shí)用檢漏計(jì)測量泄漏量，一般允許泄漏為：閉路閥每英寸（通徑）5cc/分；止回閥每英寸（通徑）50cc/分。如果用戶有特殊要求，提高制造精度和增加成本，也可做到絕對不漏。低溫密封及操作試驗(yàn) 低溫密封性能試驗(yàn)的方法有兩種。 A.浸漬法 將閥門浸在裝有液氮的保冷箱中冷卻（圖14），當(dāng)溫度降到工作溫度后用氮?dú)膺M(jìn)行密封性能試驗(yàn)。圖15為-70低溫電動(dòng)閘閥試驗(yàn)照片，其冷卻介質(zhì)為酒精加干冰。 低溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，用熱電偶測定閥門各部溫度，其方法是將熱電偶貼在被測點(diǎn)上，閥內(nèi)部各點(diǎn)的導(dǎo)線從閥門填料處引測溫。對

30、液化天然氣用閥門進(jìn)行液氮低溫試驗(yàn)時(shí)用浸漬法測定閥各部溫度。被測定的閥為楔式閘閥，型號為F20564-3，材料SCS13（CF8），壓力900磅/英寸2，口徑5英寸。測定的位置如下：（1）閘板（內(nèi)部）、（2）閥體（內(nèi)部）、（3）閥蓋（外部）、（4）閥體（外部）。實(shí)際測試結(jié)果見表6，將閥取出后，經(jīng)過34分鐘處溫度上升到-162。圖16為浸漬法試驗(yàn)配管圖，其試驗(yàn)程序如下：1）試驗(yàn)閥關(guān)閉。2）閥和關(guān)閉，和開啟。3）用真空泵抽出試驗(yàn)閥內(nèi)的空氣，一般抽空時(shí)間為：2英寸以下需20分鐘，26英寸需3040分鐘，68英寸需4060分鐘。4）閥和關(guān)閉，和開啟。5）用10bar的氮?dú)饧訅骸?）將液氮慢慢加入低溫箱中

31、，到試驗(yàn)閥的閥蓋完全被浸沒為止。7）液氮沸騰，經(jīng)20分鐘后，進(jìn)行泄漏檢查。8）閥關(guān)閉，開啟、卸掉試驗(yàn)閥出口側(cè)壓力。9）在試驗(yàn)閥入口側(cè)用氮?dú)饧訅旱揭?guī)定壓力。10）用量筒測量試驗(yàn)閥出口的泄漏量。11）閥關(guān)閉，和開啟，排出試驗(yàn)閥內(nèi)的壓力，并從液氮箱中取出。 B 保冷法 將閥門安放在保冷箱中（圖17），通入低溫介質(zhì)降溫，當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，將低溫介質(zhì)放掉，然后通入規(guī)定壓力的氮?dú)膺M(jìn)行試驗(yàn)。另外對大型閥門也可不用保溫箱（圖18），只是在閥門外面覆蓋有保溫材料即可，其試驗(yàn)溫度為室溫加外壁溫度，測溫點(diǎn)46個(gè)即可。圖19為保冷法試驗(yàn)配管圖。其試驗(yàn)程序如下：1）試驗(yàn)閥開啟。2）閥和開啟，氮?dú)馔ㄈ朐囼?yàn)閥后，閥和慢

32、慢開啟，氣體放出，試驗(yàn)閥冷卻。3）當(dāng)閥噴出液氮后，立即將閥關(guān)閉。4）當(dāng)試驗(yàn)閥出口和入口的溫度達(dá)到使用溫度時(shí)，將試驗(yàn)閥關(guān)閉。5）當(dāng)閥噴出液氮時(shí)，立即將閥和關(guān)閉，停止供液氮。6）閥和開啟，用氮?dú)馇逑丛囼?yàn)閥。7）閥和關(guān)閉，將乙烯軟管與閥連接，閥開 啟，用氮?dú)庠趯?shí)驗(yàn)閥入口側(cè)加壓到規(guī)定壓力。8）用量筒測量試驗(yàn)閥出口的泄漏量。9）閥關(guān)閉，試驗(yàn)閥開啟，將閥和開啟，放出實(shí)驗(yàn)閥內(nèi)壓力，并從保溫箱中取出，試驗(yàn)完畢。 在作低溫密封的同時(shí)，還應(yīng)作低溫下的全開、全關(guān)操作試驗(yàn)，達(dá)到啟閉靈活，無卡阻現(xiàn)象。 低溫操作和密封性能試驗(yàn)不作為低溫閥門成品檢驗(yàn)項(xiàng)目，只用于新產(chǎn)品研制或按用戶提出的抽查比例進(jìn)行檢查，一般抽查10%左右。

33、 低溫閥門在生產(chǎn)過程中，各種零件均有油脂、塵污和鐵屑等對使用有害的物質(zhì)，所以在裝配前必須將所有零件進(jìn)行清洗。其過程是經(jīng)丙酮、酒精以及堿等溶液洗滌后，再用蒸汽沖洗干凈，立即干燥裝配。成品經(jīng)低溫試驗(yàn)后，也要用蒸汽沖洗干凈，立即干燥包裝。脫脂、去污與干燥Y型止回閥 用于低溫及400以下的大口徑管道上。口徑由1436，壓力有ANSI 150和ANSI 300，結(jié)構(gòu)如圖7所示： 這種止回閥類類似于蝶閥，當(dāng)回流時(shí)，閥板借助于重錘重量而饒軸旋轉(zhuǎn)，向閥座方向接近，在閥板與閥座基本接觸后，由于介質(zhì)及重錘的作用，閥板繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而使整個(gè)密封面壓緊即取得密封，如果介質(zhì)仍有一部分壓力時(shí)，則此時(shí)壓力作用在閥板上，使密封面

34、得到應(yīng)有的密封力而密封。 這種Y型止回閥與一般旋啟式止回閥比較，具有以下特點(diǎn)： 在閥板旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)軸上方的閥板與介質(zhì)作用力方向相反，使閥板與閥座密封過程中，有一阻力，但此面積小于轉(zhuǎn)軸下方的面積，而轉(zhuǎn)軸下方的閥板旋轉(zhuǎn)時(shí)與介質(zhì)的回流方向一致，因此關(guān)閉力大于阻力，使閥板仍向閥座上接近，以取得密封，這樣可以減少回流時(shí)的沖擊力，避免損壞止回閥零部件，同時(shí)也可延長止回時(shí)間，減小水錘作用。 比一般旋啟式止回閥體積小，可減少閥蓋及轉(zhuǎn)軸以上的體積，基本上接近于管道尺寸。 阻力的大小還可以通過轉(zhuǎn)軸的筒形活塞進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此人為的可以控制。 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動(dòng)閘閥和一部分電動(dòng)蝶閥采用的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大致結(jié)構(gòu)如圖8所示。

35、基本上滿足防爆、防塵和防潮等要求，為了減少體積，減輕重量，采用了專用電機(jī)，電機(jī)軸與蝸桿軸做成一根軸，減少了軸承和結(jié)構(gòu)長度。電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性采用反接制動(dòng)。其不同于一般電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，亦采用計(jì)數(shù)器調(diào)節(jié)行程，用扭矩開關(guān)控制超載。機(jī)殼用鋁合金制造，由于體積小，防爆面的尺寸也隨之減小，但最大問題是此種電機(jī)為專用電機(jī)，由于電機(jī)軸與蝸桿軸同軸，為了保證精度和裝配質(zhì)量，該專用電機(jī)最好與執(zhí)行機(jī)構(gòu)在同一工廠內(nèi)制造。 島津制作所制造的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)如表5所示。安全閥 此裝置采用的安全閥主要是美國Crosby閥門和量具廠的產(chǎn)品，其次是日本Fukui se-isakusho公司和東亞閥門公司的產(chǎn)品。高壓蒸汽安全閥 一

36、般采用全啟式結(jié)構(gòu)，由于介質(zhì)無甚特殊要求，所以閥蓋用開式，而且沒有波紋管。閥瓣結(jié)構(gòu)如圖9所示。技術(shù)參數(shù)壓力：124bar溫度：326背壓：0口徑：34起跳壓力：超過工作壓力3bar閥體材料鑄造碳鋼，閥瓣閥座材料16%CrNi-Mo 鋼，彈簧材料為合金鋼。全啟式波紋管安全閥 主要用于壓力小于14bar并有背壓的情況下（超過14bar壓力雖有背壓也沒有波紋管），不論什么介質(zhì)：蒸汽裂解氣、烴類或甲烷。全啟式波紋管安全閥基本上是美國Crosby公司產(chǎn)品，如設(shè)波紋管的原因是為了保持精確的起跳壓力，不致由于泄漏使背壓改變而影響起跳壓力，因此在閥瓣上方加裝波紋管以保持固定背壓值，結(jié)構(gòu)如圖10所示技術(shù)參數(shù)壓力：

37、1.514bar背壓：10bar溫度：-59160 彈簧材料選用合金鋼，波紋管材料選用316L，閥瓣和閥座選用304或316不銹鋼。低溫安全閥 從結(jié)構(gòu)上低溫安全閥與常溫安全閥無特殊差別，主要是低溫安全閥需考慮低溫材料，但低溫用材與閘閥、截止閥相同，亦無特殊要求。 低溫安全閥主要是美國CROSBY公司的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)為：溫度-120以上，壓力742.8bar全部為全啟式結(jié)構(gòu)。疏水器 本裝置采用的疏水器全部是日本Miy-awaki蒸汽疏水器制造有限公司一家的產(chǎn)品。共有三種型式：浮球式、雙金屬片式和熱動(dòng)力式。分別介紹于下：浮球式疏水器 結(jié)構(gòu)如圖11所示：蒸汽及冷凝水由上方之管道進(jìn)入疏水器，在體腔中蒸汽

38、滯留于上方，冷凝水積存于下部，積水逐漸增多，將空心球體浮起，則浮球上之杠桿將閥瓣壓下，積存在體腔下部的冷凝水由下邊的管道放出，待逐漸放出冷凝水，浮球隨之下降，使閥瓣桿上升，到一定程度，閥瓣與閥座接觸，繼而密封，停止排水。在體腔上方有一排氣口可以排出體腔內(nèi)之空氣。技術(shù)參數(shù)壓力：ANSI 150、ANSI 300最多工作壓力為：5.0bar、17.5bar最高溫度：260、320口徑： 1 4 用于低壓蒸汽，口徑較大，排水量99014740和5302100kg/h。 浮球式疏水器的材料為：閥體為SCPH2（WCB），閥瓣與閥座為SUS403，浮球?yàn)镾US304L，其余金屬零件也多為不銹鋼SUS13（CF8）或SUS304。雙金屬片疏水器 結(jié)構(gòu)如