抗高硫高酸平板閘閥在天然氣田應(yīng)用

                     抗高硫高酸平板閘閥在天然氣田應(yīng)用

                            上海申弘閥門有限公司

1、抗高硫高酸平板閘閥在高硫天然氣田應(yīng)用概述
之前介紹三級(jí)減壓閥串聯(lián)，現(xiàn)在介紹目前，國(guó)內(nèi)含高硫化氫天然氣田得到了有序的開發(fā)和拓展，高硫天然氣田中一般含有12.31% ～17.05%H2S、7.89% ～ 10.53% CO2，其地層水中氯離子(CL-) 含量為28 ～ 65g /l，原料氣中含有0.346g /m3 的有機(jī)硫，其中硫氧碳為316. 2mg/m3、甲硫醇為22.8mg/m3、乙硫醇為1.6mg/m3，并含飽和水蒸汽等。氣田集輸工程中抗高硫高酸天然氣用高壓平板閘閥和截止閥是工程系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。具有當(dāng)今世界高技術(shù)水平并*的抗高硫高酸特殊平板閘閥——CL150LB、高壓CL900-2500LB-DN25- 500平板閘閥，上海申弘閥門有限公司研制成功。目前，該產(chǎn)品已成功應(yīng)用在中國(guó)石化“普光氣田主體開發(fā)地面集輸工程站場(chǎng)”中。容大實(shí)驗(yàn)室專業(yè)從事抗硫化氫SSC和抗氫致開裂HIC試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備齊全，試驗(yàn)人員技術(shù)專業(yè)，SSC測(cè)試周期35天，HIC測(cè)試周期2周，報(bào)告有性 HIC氫致開裂試驗(yàn)： 裂紋敏感性比值CSR；裂紋長(zhǎng)度比值CLR；裂紋厚度比值CTR    標(biāo)準(zhǔn)：NACE TM 0284-2003；NACE MR0175-2000 SSC硫化氫應(yīng)力開裂試驗(yàn)： 標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)彎梁試驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)C型環(huán)試驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)雙懸臂梁試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn):H_2S是一種酸性氣體,對(duì)金屬材料的破壞貫穿于進(jìn)入井筒至流出脫硫廠全過(guò)程,且破壞作用不易預(yù)測(cè)。介紹了H_2S對(duì)金屬材料的破壞機(jī)理及破壞形式,指出了硫化氫分壓、溫度和pH值對(duì)材料的破壞規(guī)律。提出了金屬材料中不同合金成分、雜質(zhì)、金相組織、強(qiáng)度和強(qiáng)度的影響規(guī)律和零部件結(jié)構(gòu)、加工方法要求,并以封隔器為例列舉了主要零部件材料的選擇,指導(dǎo)井下工具的開發(fā)。 
      抗高硫高酸平板閘閥在天然氣田應(yīng)用據(jù)了解，該產(chǎn)品具有流阻小、流量大和可通清掃器的功能，且有啟閉輕巧等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于含硫油品及天然氣的開采和集輸、石油和天然氣的輸送管線、煉油廠等工況，作為控制介質(zhì)流通和截止的啟閉裝置。根據(jù)工程的需要，該閥門有手動(dòng)、傘齒輪傳動(dòng)、防爆電動(dòng)等傳動(dòng)方式。該閥門還設(shè)計(jì)有閥位開關(guān)指示、閥桿保護(hù)罩、防止誤操作的保護(hù)鎖等，能確保該閥門安全運(yùn)行，避免發(fā)生誤操作。該產(chǎn)品采用單閘板硬密封，浮動(dòng)“技術(shù)”的閥座，保證雜物不會(huì)進(jìn)入閥座后面，具有防火和防靜電功能，閥門的毛坯鑄造為該公司冶煉、鑄造。“高壓平板閘閥”在國(guó)內(nèi)也產(chǎn)生了較大影響，在市場(chǎng)應(yīng)用中具有非常廣闊的前景。
2、工抗高硫高酸平板閘閥在天然氣田應(yīng)用藝參數(shù)
公稱壓力 CL150 ～ 2 500

公稱通徑 DN25 ～ 500

介質(zhì)溫度 -35 ～ 60℃

連接形式 法蘭



3、產(chǎn)品分析
3.1、結(jié)構(gòu)特性

高壓抗高硫高酸特殊平板閘閥( 圖1) 采用單閘板硬密封結(jié)構(gòu)。浮動(dòng)閥座具有自清洗功能，保證雜物不能進(jìn)入閥座后面，并具有防火和防靜電功能。閥門的上、下閥腔無(wú)介質(zhì)沉積，確保閥桿與閥體之間或閥桿、閥體和閘板之間為能導(dǎo)電的防靜電結(jié)構(gòu)，防靜電電路的電阻小于10Ω。為確保H2S 不能從閥體與閥蓋( 填料箱) 間產(chǎn)生泄漏，閥門中法蘭采用內(nèi)壓自密封結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用金屬密封結(jié)構(gòu)。閥桿密封采用Inconel 718 + 柔性石墨與填料隔環(huán)內(nèi)外加O形圈密封結(jié)構(gòu)。

閥桿設(shè)計(jì)成在介質(zhì)壓力作用下拆開閥桿密封圈時(shí)，閥桿不脫出的結(jié)構(gòu)。閥桿有良好的外部保護(hù)措施，防止外部物質(zhì)進(jìn)入閥桿的密封處。閥蓋的密封采用壓力自緊式密封，以有效的防止泄漏，密封材料具有抗硫性。閥桿帶有上密封，填料滿足現(xiàn)場(chǎng)高和低設(shè)計(jì)溫度的要求，并且確保不會(huì)發(fā)生泄漏。閘板與閥座采用金屬對(duì)金屬密封，閘板與閥座間具有硬度差，以滿足金屬密封要求。試驗(yàn)和檢驗(yàn)符合API 598 和ISO 5208 的相關(guān)要求，大允許泄漏量滿足API 598 零泄漏要求。閥桿及閥體中法蘭密封應(yīng)根據(jù)ISO 15848-2 進(jìn)行微泄漏檢驗(yàn)，泄漏等級(jí)應(yīng)滿足ISO 15848-2 規(guī)定的B 級(jí)泄漏要求。2 500 磅級(jí)抗高硫平板閘閥ZF系列ZF系列ZF43Y/ZF63Y/ZF83Y注水閥均為高壓平板閘閥。結(jié)構(gòu)合理，密封可靠，操作輕便。密封面均噴焊硬質(zhì)合金，具有防腐、耐磨、耐沖蝕等優(yōu)點(diǎn)，且可用于節(jié)流。尤其適用于工作壓力≤42MPa，工作溫度≤120℃的水、油、泥漿、天然氣管線作控制介質(zhì)流動(dòng)的啟閉及調(diào)節(jié)裝置。平板閘閥的兩邊密封是在閥門的中軸上平衡分布的機(jī)械密封,所以平板閘閥適用于天然氣,石油,和化工品的管線運(yùn)輸?

從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),平板閘閥分為帶導(dǎo)流孔和不帶導(dǎo)流孔的?
 
設(shè)計(jì)特點(diǎn)
設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按照 API 6D?ASME B16.34?GB/T 19672
平板閘閥的閘板和密封座都采用特設(shè)處理,能夠適用抗腐蝕,防滲透,耐摩擦的多層密封?
閥座采用軟硬雙重密封,增加密封的穩(wěn)定性
全通徑的設(shè)計(jì),通過(guò)閥門的壓力損失很小?
當(dāng)閥門全部開開,相對(duì)其他閥門而言,介質(zhì)對(duì)密封面沖刷是小的
平板閘閥同樣也適用于清管的部位
閥門還有調(diào)節(jié)流量的作用
閥門可以任意方位安裝,水平和垂直?
產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)


圖1 2 500 磅級(jí)抗高硫平板閘閥

3.2、主體材料

輸送介質(zhì)為高硫天然氣時(shí)，平板閘閥( 含高壓截止閥) 閥體和閥蓋采用抗高硫的專門冶煉的抗硫WCB、WCC、LCC 或鎳基合金INCOLOY825等。用于抗高硫腐蝕用WCB WCC 的閥門主體材料采用電弧爐或精煉爐冶煉的低碳、低磷和超低硫的細(xì)晶粒的全鎮(zhèn)靜純凈鋼。冶煉、鑄造時(shí)應(yīng)對(duì)其夾雜物進(jìn)行嚴(yán)格地控制，使其鑄件金相組織可能出現(xiàn)非金屬夾雜物為小，并且不能有明顯的柱狀偏析?？沽蚋g鑄鋼WCB 的化學(xué)成分中，C≤0.22%，S≤0.015%，P≤0.020%，其碳當(dāng)量[CE]< 0.42%?？沽蚋g鑄鋼WCB 的熱處理為退火或正火+ 高溫回火，以獲得均勻的抗硫性能良好的回火索氏體。在顯微組織中，不允許有未回火的馬氏體組織存在。鑄鋼件熱處理后，其硬度不大于200HB。鑄件滿足

抗高硫腐蝕和高氯離子等的腐蝕及通過(guò)SSC 和HIC 試驗(yàn)，鑄造、冶煉時(shí)控制抗硫腐蝕鋼的化學(xué)成分及熱處理工藝等。S 含量應(yīng)控制在超低硫≤0.012%的范圍內(nèi)，同時(shí)因?yàn)镃 是增加抗高硫鋼的強(qiáng)度和硬度并增大鋼的裂紋傾向的關(guān)鍵元素，應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.3、防火試驗(yàn)及微泄漏檢驗(yàn)

抗高硫平板閘閥必須按API 6FA 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各壓力等級(jí)、公稱尺寸全范圍的實(shí)施，并進(jìn)行實(shí)物閥門的防火試驗(yàn)的檢驗(yàn)，同時(shí)閥門出廠前要按ISO 15848-2 規(guī)定的B 級(jí)要求進(jìn)行微泄漏檢驗(yàn)。

3.4、鑄件和鍛件無(wú)損檢驗(yàn)

上海申弘閥門有限公司生產(chǎn)相關(guān)的產(chǎn)品有：減壓閥(氣體減壓閥集輸工程抗高硫天然氣用平板閘閥( 含截止閥) 的關(guān)鍵制造工藝是抗高硫鋼的冶煉和鑄造，抗高硫鋼應(yīng)滿足企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。閥門均應(yīng)99% 毛坯射線探傷，其結(jié)果不應(yīng)有Ⅱ級(jí)以下的缺陷，鍛件實(shí)施99%的超聲波探傷檢驗(yàn)。本系列產(chǎn)品采用新型浮動(dòng)式密封結(jié)構(gòu)，適用于壓力不大于15.0MPa，溫度-29～121℃的油品、天然氣等管線上，作為控制介質(zhì)的啟閉及調(diào)節(jié)裝置，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎、選材恰當(dāng)、測(cè)試嚴(yán)格、操作輕便，具有較強(qiáng)的防腐、耐磨、耐沖蝕性能，是石油工業(yè)界一種理想的新型裝備。 
石油高壓平行式閘閥結(jié)構(gòu)特征與工作原理
 
1. 采用浮動(dòng)閥座，雙向啟閉，密封可靠，啟閉靈活。
2. 閘板均有導(dǎo)向條給予精密導(dǎo)向，同時(shí)密封面均噴焊硬質(zhì)合金，耐沖蝕。
3. 閥體承載能力高，通道為直通式，全開時(shí)，與閘板導(dǎo)流孔相貫通和直管相似，流阻很小。閥桿采用復(fù)合填料，多重密封，使得密封可靠，摩擦力小。 
4. 關(guān)閉閥門時(shí)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，閘板下移至底部，由于介質(zhì)壓強(qiáng)的作用，將進(jìn)口端密封座推向閘板方向，形成較大的密封比壓，從而形成*道密封。同時(shí)，將閘板壓向出口端密封座上，成為雙重密封。 
5. 由于采用雙重密封，所以可在不影響管道工作的情況下更換易損件。這是本廠產(chǎn)品優(yōu)先于國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的重要特征。 
6. 石油閘閥開啟閘板時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，閘板上移，導(dǎo)流孔與通道孔相貫通。隨著閘板的上升，貫通孔逐漸加大，限位置時(shí)，導(dǎo)流孔與通道孔相重合，此時(shí)全開。
石油高壓平行式閘閥使用、維護(hù)、保養(yǎng)及注意事項(xiàng) 
1. 閥門出廠前均作了強(qiáng)度和密封試驗(yàn)，使用時(shí)所有連接處均應(yīng)保持初始狀態(tài)。 
2. 本系列閥門操作手輪上標(biāo)有啟閉旋向標(biāo)志，明桿式上部配有啟閉高度標(biāo)尺，以供調(diào)節(jié)指示。 
3. 本閥門與管線焊接時(shí)，應(yīng)將閥門開啟，適當(dāng)用潮濕物保護(hù)頸部，盡量減少高溫?zé)醾鲗?dǎo)，以防損壞密封填料件。 
4. 關(guān)閉閥門時(shí)嚴(yán)禁使用加力桿，閘板關(guān)閉至頂端時(shí)手輪應(yīng)回轉(zhuǎn)1/2圈使閘板處于浮動(dòng)狀態(tài)。 
5. 閥門在使用過(guò)程中，應(yīng)定期向閥帽注脂接頭注入定量潤(rùn)滑脂。 
6. 閥門在使用過(guò)程中，如因易損件而泄漏，應(yīng)及時(shí)更換。 
7. 閥門在檢修過(guò)程中，應(yīng)將內(nèi)腔清洗干凈，組裝時(shí)應(yīng)將各傳動(dòng)部位加潤(rùn)滑脂。 
8. 閥門儲(chǔ)存停用期間，應(yīng)將閘板處于關(guān)閉位置，存放應(yīng)置于通風(fēng)干燥處，定期檢查保養(yǎng)。

4、供貨要求
閥門供貨商應(yīng)有近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外為至少2個(gè)天然氣集輸工程的同類閘閥供貨業(yè)績(jī)，或其他相關(guān)領(lǐng)域中的閘閥供貨業(yè)績(jī)。供貨商需遞交閥門的實(shí)際應(yīng)用證明，并提供近5年來(lái)不小于本項(xiàng)目直徑和壓力等級(jí)的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外天然氣集輸工程項(xiàng)目服務(wù)過(guò)1年以上的合同或業(yè)績(jī)證明，還應(yīng)證明其所提供的產(chǎn)品能夠地和安全地運(yùn)行。供貨的閥門閥體材料可以選擇工程評(píng)定或試驗(yàn)評(píng)定方法中的一種作為所供產(chǎn)品的抗硫依據(jù)。

4.1、工程評(píng)定

供貨商應(yīng)提供用相同工藝生產(chǎn)的同類材料使用在苛刻程度不低于本項(xiàng)目的類似工程的業(yè)績(jī)，而且保證材料在工程中連續(xù)使用的時(shí)間在2 年以上，并且檢查后狀況良好。供貨商應(yīng)能夠提供可追溯的詳細(xì)證明文件，且應(yīng)包括工程的相關(guān)內(nèi)容。

①工程的名稱、地點(diǎn)及供貨時(shí)間。工程介質(zhì)的組分表( 至少包括H2S和CO2的含量) 。

②介質(zhì)是否為濕氣。

③系統(tǒng)操作壓力和溫度。

④所用材料、所用材料的連續(xù)使用時(shí)間及當(dāng)前材料的狀態(tài)( 如沒(méi)有任何開裂和裂紋等) 。

⑤證明文件應(yīng)帶有用戶( 或其他第3 方) 的簽字和等。如供貨商能提供所要求的業(yè)績(jī)，可以對(duì)閥門閥體材料按照要求進(jìn)行HIC 試驗(yàn)。驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為NACE TM0284-2003，試驗(yàn)溶液為NACE規(guī)定的A溶液，試驗(yàn)時(shí)間為96h，試驗(yàn)頻次為前三爐和以后每10 爐一批次，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為CLR≤15%、CTR≤5%和CSR≤2%。



4.2、試驗(yàn)評(píng)定

如果供貨商無(wú)法提供相關(guān)的工程業(yè)績(jī)，則需要按照要求對(duì)材料進(jìn)行HIC 和SSC 試驗(yàn)( 表1) 。

表1 評(píng)定試驗(yàn)



評(píng)定試驗(yàn)

①所有的碳鋼閥門配對(duì)法蘭的材料限定見SPE- 0100ME20- 01《用于強(qiáng)酸介質(zhì)的閥門配對(duì)法蘭及緊固件》，符合NACE MR0175/ISO 15156、ASMEB16.5 和ASME B16.47 的要求。制造商應(yīng)充分考慮閥內(nèi)件與閥體的電偶腐蝕問(wèn)題。

②井口至加熱爐前放空管線上的閘閥，閥門上、下游管線材質(zhì)為A333 Gr.6，則配對(duì)法蘭要求為ASTM A350 LF2 抗硫鍛件，符合NACE MR0175 /ISO15156 的標(biāo)準(zhǔn)要求。1、閥座采用O形密封圈密封和施加預(yù)緊力的浮動(dòng)閥座結(jié)構(gòu)，使平板閘閥進(jìn)出口雙向密封;并且該結(jié)構(gòu)的啟閉力矩僅為普通閥門的1/2，能達(dá)到輕松開、關(guān)閥門
2、在全開時(shí)，通手動(dòng)刀形閘閥道平滑為直線，流阻系數(shù)極小，無(wú)壓力損失，可通毛球清掃管線
3、采用帶自密封能力的填料結(jié)構(gòu)，無(wú)需經(jīng)不銹鋼手動(dòng)刀閘閥常調(diào)節(jié)，開、關(guān)極為輕便，且密封性可靠，填料函處設(shè)有輔助密封油脂注入結(jié)構(gòu)，密封性能可靠，真正達(dá)到零泄漏;解決了通用閥門填料處容易外漏的弊病
5、全封閉結(jié)構(gòu)，電動(dòng)刀型閘閥防護(hù)性能好，可適應(yīng)全天候要求抗硫平板閘閥 KZ43Y適用于：含硫的氣體和液體介質(zhì)，電動(dòng)刀閘閥介質(zhì)中有輕度的弱硫成分，閥桿換成不銹鋼304即可

關(guān)閉閥門時(shí)嚴(yán)禁使用加力桿，閘板關(guān)閉至頂端時(shí)手輪應(yīng)回轉(zhuǎn)1/2圈使閘板處于浮動(dòng)狀態(tài)。
▲ 全天候
整體全封閉結(jié)構(gòu)，設(shè)置鋼電動(dòng)刀形閘閥制閥桿保護(hù)罩，適應(yīng)風(fēng)沙等各種自然環(huán)境。
▲ 傳動(dòng)多樣化
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多樣化，更易于實(shí)現(xiàn)鍛鋼法蘭閘閥自動(dòng)化和遠(yuǎn)距離控制。操作方式有手動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)(防爆)等。
▲ 現(xiàn)場(chǎng)緊急密封
密封部位設(shè)置油封結(jié)構(gòu)，在密封楔式鑄鐵閘閥遭到破壞的情況下也可以安然運(yùn)行，更適應(yīng)安全運(yùn)行要求。
▲ 抗硫型工藝
抗硫型內(nèi)件采用了抗硫應(yīng)力裂紋的金屬材料處理，符合NACE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
▲ 全通徑
全通徑、低流阻設(shè)計(jì)，帶導(dǎo)流孔閥門可管線通球清掃。
開啟閘板時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，閘板上移，導(dǎo)流孔與通道 孔相貫通。隨著閘板的上升，貫通孔逐漸加大，限位置時(shí)，導(dǎo)流孔與通道孔相重合，此時(shí)全開。
▲ 行程指示
設(shè)置行程指示機(jī)構(gòu)，啟閉情況一目了然。
▲ 閥桿加長(zhǎng)
閥桿加長(zhǎng)適用于埋地及低溫用，加長(zhǎng)尺寸根據(jù)用戶需要確定。
▲ 免維修
液壓密封控制原理，無(wú)傳統(tǒng)填料，免除經(jīng)常性的動(dòng)密封維護(hù)需要。
▲ 自動(dòng)泄壓
多層次上下游密封結(jié)構(gòu)，自動(dòng)釋放閥體內(nèi)過(guò)量的壓力，保障設(shè)備安全運(yùn)行。
▲ 抗外力安全性
閥體的壁厚根據(jù)高壓容器的安全法則進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)承受外力抗彎曲等符合API 6D規(guī)定，強(qiáng)度足夠。

5、結(jié)語(yǔ)
抗高硫天然氣集輸工程用高壓平板閘閥和截止閥是一種用于高硫、高氯離子和二氧化碳及飽和水等極為惡劣工況中的特殊抗蝕閥門，其鑄件不分壓力高低均要99% 的進(jìn)行射線探傷檢驗(yàn)，并且不得有低于Ⅱ級(jí)的片子，鍛件要99% 作超聲波探傷檢驗(yàn)。閥門成品要作氦微泄漏檢驗(yàn)，鑄件要通過(guò)SSC和HIC 檢驗(yàn)。成品閥門還必須進(jìn)行全壓力級(jí)、全公稱尺寸范圍復(fù)蓋的實(shí)物防火試驗(yàn)檢驗(yàn)?？垢吡蛱烊粴馄桨彘l閥和截止閥，已成功地用于四川高硫化氫天然氣田集輸工程。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：鋼廠熱臟煤氣蝶閥