输送油品和天然气平板闸阀的结构及选材分析.pdf

2 0 1 2 年 第 4 期 炼 油 与 化 l丁 REFI NI NG AND CHEMI C AL I NDUS T RY 31 输送油品和天然气平板 闸阀的结构及选材分析 王军 ， 乐精华 1 ． 大庆石化公司物资供应 中心 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4； 2 ． 兰州高压阀门有限公司 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 摘要 阐述了输送天然气 、 原油及成品油管道中使用的平板闸阀的选用原则、 结构特点及对各 部件的相关技术要求。说明了各类平板闸阀材料的选用及抗高硫天然气集输工程用高压平 板材料的选用原则。通过分析平板闸阀的结构特点、 并与其它输送天然气 、 原油及成品油管 道中阀门的对比， 强调平板闸阀不宜水平安装。 关键词 平板闸阀； 结构特点； 材料选用 ； 水平安装 中图分类号 T E 9 7 4 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 1 2 0 4 0 0 3 1 0 3 输送天然气 、 原 油及成品油管道 中使用 的主 体 阀门寿命不应低于 3 0 a ， 并具有可靠 的密封 、 防 火和防静 电功能 。当阀腔异常升压时有 自动泄压 功能 ， 且 具有辅 助密封结 构及双 阻塞排 污结构 。 平板 闸阀用于输送原油及成 品油管线 中。而当天 然气 管线介质的压力较大时 ， 若用球阀 ， 则因球 阀 开 、 关扭矩过大 ， 此时则应选用 内压 自密封式 的平 板闸阀 ] o 1平板闸阀结构特点和相关要求 1 ． 1平板闸阀的分类 平 板闸阀按其闸板结构分 有带导流孑 L 的平 板闸阀和无导流孔的平板 闸阀； 按 照阀门的密封 副分 有 “ 软 硬双重密封” 平板 闸阀和 “ 金属一金 属密封” 的硬密封平板闸阀； 按其工作温度区分 有低温 ≤一 4 6 c I 平板 闸阀； 常温 一 2 9 ～ 2 0 0℃ 平 板 闸阀 ； 亚高 温 2 0 0 ～ 4 2 5℃ 平板 闸 阀及高 温 4 2 5 ℃ 平板 闸阀； 按其连接方式分 有“ 带连接 法兰常规型 ” 的平板闸阀和 阀门端部和管道采用 物在孔外部进行 ， 孔 内累计大量 的带正 电的金属 离子 ， 为保持电中性 ， 依靠电泳作用 ， 带负电的 c r 迁移 到孔 内， c l 一 逐渐增多浓度加大 ， 金属离子水解 产生的 H ， 与 C l 一 形成盐酸 ， 形成强烈的腐蚀 ， 最终 导致设备穿孔 。 3 管程 内硫酸盐还原菌的腐蚀过程 当粘泥与无机盐沉淀形成的泥 团粘附在金属 表面时 ， 金 属表 面与粘泥团之间缺氧 ， 因此 ， 厌氧 型的硫酸盐还原菌得 以活动 ， 这种细菌具有酶 的 作用 ， 使硫酸盐还原成硫化氢。硫化氢与F e 反应 生成硫化亚铁 ， 加速了碳钢 的腐蚀 。硫化氢有臭 味 ， 硫 化亚铁为黑色沉淀物 ， 因此 ， 将沉积在金属 表面上 的粘泥团挖开 ， 如发现有臭味和黑色核心 ， 就证明有硫酸盐还原菌存在。 硫酸盐还原菌的产生也是 由于循环水 中杀菌 效果不好 ， 导致了生物粘泥和微生物的滋生 。 4 结束语 针对 乙烯装置裂解气压缩机系统的腐蚀情 况 ， 可采取 5 项防止腐蚀措施 。 1 采取涂层防腐的办法 ， 对段间设备进行 内 外防腐处理 ； 2 提高壳程的进出温度， 使之不产 生相变 ； 3 对换 热设备进行牺 牲 阳极保 护 ； 4 可在适当部位增加缓蚀剂注人 口， 向壳程工艺介 质侧添加缓蚀剂 ； 5 适 当提高循环水流速。 参考文献 [ I ]任凌波， 任晓蕾． 压力容器腐蚀与控制 [ M] ．北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 3 3 9 4 1 ． [ 2 ]天华化工机械及 自动化研究设计 院腐 蚀与防护手册 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 9 1 6 2 0 ． [ 3 ]吴荫顺， 郑家巢． 电化学保护和缓蚀剂应用技术[ M ] ．北京 化学 工业出版社 ， 2 0 0 4 5 2 5 3 ． [ 4 ]牛书水， 陈兆龙， 王鹏， 等． 离心式压缩机及系统内压力容器腐蚀 的防护[ J ] ． 中国设备工程 ， 2 0 0 6 4 3 1 3 3 ． 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 2 1 作者简介 吴海东， 男， 助理工程师， 2 0 0 7 年毕业于中国石油大学土木 工程专业， 现从事工程项目 建设招投标管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 炼 油 与 化 T 3 2 R E F I N I N G AN D C HE MI C AL I N D U S T R Y 第 2 3 卷 栽 丝连接的无连接法 兰的“ 轻型平板 闸阀” ； 按 阀 门中部结构型式分 有栓接法兰型平板闸阀和内 压 自密封结构平板闸阀； 按其材料分 有低温钢平 板闸阀 、 常温用钢板 闸阀 、 耐蚀不锈钢平板 闸阀 、 “ 抗高硫 天然气专用钢 ” 平板闸阀 、 抗高硫天然气 镍基合金平板闸阀； 按其驱动方式分有 手动平板 闸阀、 齿轮传动平板闸阀、 电动平板闸阀等 。 1 ． 2 结构 特点 输送油品及天然气用主管线采用有导流孔的 平板 闸阀， 对于不通清扫器的管线 ， 可用无导流孔 的平板 闸阀。无导流孔 的平板闸阀比有导流孔 的 平板 闸阀重量轻 ； 无导流孔的平板 闸阀价格 比有 导流孔 的平板 闸阀价格约低 1 5 ％左右 ， 但是无导 流孔的平板 闸阀的阀座密封面不是始终受闸板保 护的 ， 因而有可能被介质冲刷或杂物磨损 ； 而且 闸 板上附着杂物 ， 阀门开启和关 闭时杂物有可能掉 人 阀腔底部 。所 以， 无导流孔的平板 闸阀质量可 靠性远低于有导流孔的平板闸阀b 。 1 ． 3设计和制造标准 输送油品和天然气用平板闸阀的设计和制造 标 准 执 行 A P I 6 D、 A P I 6 0 0 、 A N S I B 1 6 1 0、 J B ／ T 5 2 9 8 管线用钢制平板闸阀 和G B 1 2 2 2 1 等标准。 通 常情 况下 ，常温时平 板 闸阀 阀体 和 阀盖采用 A S T M A 2 1 6 WC B或 WC C， 阀杆材 料为 2 C r 1 3 ， 闸 板 材料为 2 C r l 3 或 A S T M A1 8 2 F 3 0 4 ， 表面经辉光 离子渗氮处理 。阀座一般为金属阀座镶嵌聚 四氟 乙烯 。金属 阀座材料为 2 C r 1 3 ， 表面经辉光离子渗 氮处理或用 F 3 0 4 表面堆焊钴基硬质合金。软密封 阀座 材 料 为 P T F E， 阀座 后 面弹 簧 为 N C O N E L X 75 0。 1 ． 4选材分析 当输送天然气为低温时 ， 平板闸阀阀体和阀 盖采用 AS T M A 2 1 7 L C C或 A S T M A 3 5 0 L F 2 ， 阀杆 材料为AS T M A1 8 2 F 3 0 4 ， 闸板材料为A3 5 0 L F 2或 Al 8 2 F 3 0 4 ， 表面经辉光离子渗氮处理。阀座一般 为金属 阀座镶嵌 聚 四氟 乙烯 。金属 阀座材料 为 A3 5 0 L F 2 ， 表面经辉光离子渗氮处理或用 F 3 0 4 表 面堆焊钴基硬质合金 ， 软密封阀座材料为P T F E ， 阀 座后面弹簧为 N C O N E L X 7 5 0 。 当输送介质为高硫天然气时 ， 平板 闸阀阀体 和阀盖采用 “ 抗高硫 的专 门冶炼 的优质抗硫 钢” A S T M A 2 1 6 WC B WC C或 A 2 1 7 L C C 。用 S i C a 合 金作脱氧材料 ， 脱氧用A l 或加T i 变质处理； 冶炼、 铸造时必须要对其夹杂物进行控制 ， 使其最小 可 能 出现非金属夹杂物 ， 并且不能有明显的柱状偏 析。抗硫腐蚀铸钢 WC B的热处理为退火或正火 高温 回火 ， 以获得均匀 的抗硫性能 良好的 回火 索 氏体 铁素体 球状碳化物 。在显微组织 中， 不允 许有未回火的马氏体组织存在 。 1 ． 5 密封 结构 阀座与闸板为金属硬密封 。金属 阀座材料为 A 3 5 0 L F 2 S T L 合金 ， 阀座后面弹簧为N C O N E L X 7 5 0 。阀座背面设置弹簧， 当阀门处于关闭状态， 滞 留在 阀门中腔的介质因环境温度升高等原 因， 造成 阀门中腔压力 超高时 ， 进 口端 阀座在 中腔压 力的作用下压缩阀座背面的弹簧 ， 阀座后移而使 中腔泄压 ， 保证 阀门处 于安全状态 。阀座外径 与 阀体的阀座孔为动配合， 阀座外径装有 1 - 2 道“ O ” 形橡胶圈， 因而可以使平板闸阀的阀座与平板闸 阀的闸板问实现“ 活塞式” 可靠密封 ] 。 P N≤1 0 MP a 的阀座密封面镶嵌有高 出金属 阀座 1 ～ 1 ． 5 mi l l 的P T F E密封圈。在正常状态下通 过弹性密封材料与闸板的紧密接触达 到进 、 出口 及低压 、 高压均能有效密封 ， 见图 1 。 图 1 平板 I嗣阀密封结构 在 P N≥1 6 MP a 时 ， 阀座与 闸板则应用 “ 金属 一 金属密封” 的硬密封， 闸板表面可渗氮、 渗硼或 喷焊硬质合金 ， 阀座密封面堆焊钻基硬质合金 。 阀杆采用从 阀盖的下面装入 ， 防止 阀腔压力超压 时将 阀杆“ 吹出” 。阀盖安装 阀杆的孑 L 上设置有上 密封座与阀杆下端的上密封肩构成上密封副 。在 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 第 4 期 王军 ， 等．输 送油品和天然气平板闸阀的结构及选材分析 3 3 阀座及 阀杆填料部位 ， 加装 注密封脂 阀。当阀座 密封面或填料意外损坏 时 ， 可通过注密封脂达到 短期密封的效果 。 在平板 闸阀的阀体与阀杆 间有 电路连续导电 装置 ， 并且在阀门的法兰设置接地装置 ， 使静电 及时地导入地下， 防止阀门在操作时因金属与非 金属材料间摩擦产生 的静电引发火灾及人员伤亡 的事故 。阀杆设有 防护罩 ， 防止 阀杆被灰尘和油 污 等污染及碰撞 ， 适合 阀门在露天 中安装使 用 。 关 闭件 平行单 闸板 的升降运动 ， 由装 在支架上 的阀用手轮或伞齿轮传动装置或电动装置控制。 关闭件为平行单闸板， 经T 形槽和阀杆连接 ， 通过 阀杆的升降使闸板在阀体内产生相对运动， 平板 闸阀的阀座与 闸板在弹簧力的作用下紧密贴合达 到 良好密封 。 2平板 闸阀的安装 平板 闸阀与常用 的楔式 闸阀的安装不 同， 体 现在 3 个方面。 1 楔式 闸阀的阀座是与 阀体是 固定连接为 一 体 的 ， 而平板 闸阀的阀座 与阀体 间是 通过阀座 与 阀体 阀座孔有间隙 、 靠“ 0 ” 型橡胶等密封圈及阀 座 背面 的弹簧 ， 使平板 闸阀阀座成 为“ 活塞式 浮 动” 的阀座 ， 这是二者间根本性的区别 。 2 楔式 闸阀的闸板无论是重量还是面积均 比平板 闸阀的闸板小 ， 因此在水平安装 时挠变也 比平板 闸阀小。 3 楔式 闸阀的闸板与 阀体配合是闸板上宽 下窄的楔状 ， 而平板闸阀的闸板是 1 块平板 ， 楔式 闸阀水平安装 时变形与平板 闸阀受力 点则相反 。 当闸阀水平安装 指闸板的大平面与地面平行 时 ， 由于重力 的作用 ， 不 可避免地使 阀杆成为“ 悬 臂梁” 而产生挠变 ， 造成阀门的闸板倾斜下沉。 平板 闸阀的闸板几乎所有 的重量及变形后的 位移全部压在下面 阀座 的下半 圆上 ， 从 而使 阀座 的“ 0 ” 型密封圈和背面弹簧无法动作 ， 又因阀座与 阀座孔有很高 的同心度 ， 因而下 阀座更不可 能 自 行倾斜与闸板吻合 ， 见 图2 。 图 2 水平安装 闸板 与上 F 阀座 由图 2 可见 ， 下 阀座与平板 闸板间产生里面压 实而外 面有 缝隙 ； 平板 闸阀上 面的阀座在 重力及 背面弹簧的共同作用下 ， 与产生“ 挠变” 的闸板在 阀座外面先接触 。而阀座里面由于 阀座与 阀座孔 有很高的同心度， 因而上阀座不可能自行倾斜与 闸板吻合 。这样上阀座与平板 闸板间产生外面半 圈贴紧而里面有缝隙。所以， 使水平安装的平板 闸阀往往会产生“ 内漏” 。 3结束语 平板 闸阀用 于输送原油及成 品油管 线 中， 当 天然气管线压力较 大时 ， 若用球 阀， 则因球 阀开 、 关扭矩过 大 ， 此 时则应选用 内压 自密封式 的金属 一 金属密封 的平板 闸阀。根据输送介质 的温度 、 压力、 腐蚀性能的要求而合理地选用相应类型 含 相应材料 的平板 闸阀。由于平板 闸阀结构特征 的影响， 平板闸阀不宜水平安装。 参考文献 [ 1 ]董霞， 乐精华． 输送天然气用球阀及油品管路用平板闸阀[ J ] ． 阀门， 2 0 0 7 5 3 6 3 7 ． [ 2 1 杨源泉． 阀门设计手册[ M ] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 2 1 9 2 3 ． [ 3 ] 唐纳德 皮克纳， 伯恩斯坦．不锈钢手册[ M ] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 6 3 5 3 6 ． [ 4 ]黄嘉琥 ， 吴剑． 耐腐蚀铸锻材料应用手册[ M] ．北京 机械工业 出版社 ． 2 O O 4 5 8 6 1 ． 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 1 0 作者简介 王军， 男， 工程师， 1 9 9 9 年毕业于江苏石油化工学院热能工 程专业 ， 现从事乙烯工程项 目管理工作。 征 稿 启 事 本刊欢迎作者 尤其是高校及科研单位 投稿， 请在稿件上注明您的联系方式 包括移动电话 。投稿邮箱 l y y h g c n p c ． e o m ． c a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m