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API阀门选用指南综述—API 615标准解读(三)

发布于:2017-03-09 15:08:03

  应用于加工工业中的大多数流体介质涉及到不同腐蚀性级别的油、气流体。这些包括介质流在内的流动工况要么被认为是干净的、要么是污秽的、要么是磨损的(泥浆工况中),其区别主要根据导致阀门堵塞或腐蚀破坏的固体悬浮颗粒的数量和类型。除此之外,含有硫和其它混合物的介质流在与高温结合时将有助于形成腐蚀环境。对于这样的介质流需通过认真选择材料来保持阀门具有足够的使用寿命。腐蚀工程师继续研究和开发材料来解决这些问题。

  标准在通则中特别强调在进行阀门选材时一定要依据介质的工况条件,特别是由于石油化工工况苛刻,介质复杂,会引起一系列的腐蚀,因此在材料选择时,要由一定经验的材料工程师来进行。多数情况下,设计院或工程公司只规定了主体材料,对于阀门内部的零件选材没有加以规定,很多制造厂不考虑工况介质条件,而任意选材,有可能产生问题,如果介质为电解质溶液,选材不当会发生电偶腐蚀。但是阀门制造厂在设计阀门时只要遵循 “内件材料的机械强度及耐蚀性应不低于壳体材料”这一原则,就可以避免这一问题发生。

  (1)含氯工况

  含氯工况阀门的选用应该根据美国氯气学会第6册“干氯气管道系统”。

  含氯气或液氯的工况是高腐蚀工况,特别是如果这种工况中含有水。氯与水混合形成的HCl(盐酸)将会腐蚀阀体和内件。由于氯具有高的热膨胀系数,如果液氯封存于阀门中腔,将导致阀门中腔的压力高速增加。使用这种工序的阀门应该具有一种可靠的中腔泄压功能。

  含氯工况的阀门包含湿氯工况及干氯工况,其阀门的选型、结构的设计要求及材料的选择都很复杂,关于氯环境用阀门及其材料的选用信息,详见《氯环境用阀门及其材料的选择》一文。

  (2)冷冻(低温)工况

  虽然用作低温工况的阀门基于ASME B16.34标准和API生产标准,但是这些阀门也带有其他设计功能进行确保其在低温中具有一定的可靠操作。这样的阀门也可能包含有阀盖延长设计即延长填料和操作机构与低温流体的距离,从而允许在一个较高的温度上对阀杆填料进行操作及包住确保在使用中阀门操作装置不会被冰冻住。MSS SP—134提供了包含阀盖延长设计的额外细节。

  标准对于低温阀门的选用只提出了加长阀盖的要求,其实低温阀门由于使用介质为低温,一旦温度升高,滞留在中腔的介质气化对承压边界安全性会产生很大影响,因此对于在阀门启闭过程中容易滞留在中腔介质的阀门,如闸阀和球阀,需要有中腔泄压装置,另外,很多工程公司对阀门任意安装,下图为某LNG接收站低温阀门的安装方式,从该图片可以看出,填料函外部已经完全结冰,填料已经失去密封作用,阀门的阀杆已经被冻结住,很难启闭。关于低温阀门的安装方向,可以参考ISO 28921-1:2013标准。此外,关于低温阀门的其他一些选用时必须注意的信息,详见《低温阀门用钢和设计及检验技术》一文。

  LNG接收站低温阀门的安装示意图

  (4)含氢氟酸工况

  用于氢氟酸工况中的阀门,应该仅仅局限于已经在使用中论证过的或在测试中能成功处理这种工况的阀门类型。通常不为固体物质堆积提供机会的阀门是首选。应由持有资格证书的技术人员进行氢氟酸处理操作,这些人严格控制上市的阀门。对于这些阀门(典型的带有特殊蒙乃尔内件或实心蒙乃尔内件的碳钢阀门)的设计和材料要求及内部几何体的细节描述非常详细,这种阀门应该被设计为具有耐氢氟酸腐蚀的特殊特点。在含氢氟酸工况中,阀门的检验和试验应高于典型的过程阀门所用的标准。

  (5)含氢工况

  这种工况中使用的阀门相比于常规铸造用品往往规定其具有高铸造质量。因为氢是一种极具渗透性的流体,压力等级≥600磅级的焊接连接阀门在使用中减少了潜在泄漏源。API 941包含氢工况中材料的选择和使用范围。

  国内的工程公司基于API 941纳尔逊曲线,将氢分压(绝压)大于0.7bar,同时温度大于204℃的含氢工况定义为临氢工况,应用于该工况的阀门在选材及质量控制方面可以参考JB/T 11484-2013标准,上边有详细的规定。关于材料氢损伤知识,可以参考API技术报告API TR 941《The Technical Basis Document for APIRP 941 》。

  (6)含氧工况

  含氧工况使用的阀门应该遵循CGA G4.4,氧气管道系统,当适用时,用于这种工况的阀门应该是完全脱脂的、干净的、在干净条件下安装以及恰当的包装和密封,因为油和脂在氧气存在下是极易燃的。有关的指南在CGA G4.1氧工况的清洗设备中给出。安装之前适当的处理和贮存是必要的。

  适合于含氧工况的青铜或蒙乃尔阀体和内件材料,这些材料经常被推荐用来防止由于高能的机械碰撞产生火花和着火。有特殊配制的硅基润滑脂用于含氧工况中,因为在氧气存在下标准烃润滑油不应使用。

  含氧工况阀门的选用,标准只是基于脱脂清洗及材料选择方面给出了参考标准,对于阀门的选用及结构要求细节并未做任何说明,关于这些信息,可以参见《高压氧气切断阀门关键技术要点》一文。

  (7)脉动或不稳定流动

  用于脉动或不稳定流动中的止回阀,其选用需给予特殊考虑,例如用于往复式压缩机中的止回阀,可能会随着流量的变化被快速的打开和关闭,这可能会导致锤击和阀门的损坏。关于脉动和不稳定流动中使用的阀门类型可能会存在不同的意见,但是通常是双阀瓣、倾斜阀瓣和轴流(喷嘴)式止回阀被建议用于脉动/不稳定流动。

  (8)含酸工况(湿H2S工况)

  含酸工况中阀门材料使用应该服从NACE MR0103标准。这个针对下游烃加工工业的标准限制了所有钢的硬度;要求奥氏体钢固溶退火;禁止承压件(包括阀杆)使用某些材料;以及对螺栓连接、焊接阀门等提出了特殊的要求。

  应该注意在NACE MR103中用户的责任,其规定用户应详细地说明是否将螺栓暴露于含H2S环境中。除非用户已有规定,否则未在阀门内部的螺栓如阀盖连接螺栓往往服从产品标准,含硫工况未包括在此标准中。如果螺栓连接用材料没有直接承受过程流体,那么阀体-阀盖栓接不需满足NACE的要求。如果含硫油品的任何硫泄漏不能排除或蒸发(例如隔断阀门),那么螺栓连接应该服从NACE标准。

  如果NACE允许的材料被认为是不需要的,那么螺栓连接材料应给予特别关注。这种强加的硬度要求将会导致强度的减少。阀盖连接螺栓的强度将减小可能不适合于按标准栓接材料的相同的设计条件。

  (9)粘性或固化工况

  用于粘性或固化流体工况中的阀门,例如液态硫或重油,为使阀门具有可操作性,经常需要蒸汽伴热或蒸汽套管来维持足够的操作温度。因为止回阀的滞后反应会引起操作问题,对其应给予特别关注。

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