高硫天然氣集輸工程用高壓平板閘閥結(jié)構(gòu)的分析與選用

2013-09-20 吳宇中國石油化工股份有限公司南京閥門供應(yīng)儲(chǔ)備中心

1、概述

　　目前，國內(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。

2、工藝參數(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)場最高和最低設(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，最大允許泄漏量滿足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

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優(yōu)質(zhì)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)非金屬夾雜物為最小，并且不能有明顯的柱狀偏析。抗硫腐蝕鑄鋼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%。抗硫腐蝕鑄鋼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、鑄件和鍛件無損檢驗(yàn)

　　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)100% 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100%的超聲波探傷檢驗(yàn)。

4、供貨要求

　　閥門供貨商應(yīng)有近年來在國內(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，或其他相關(guān)領(lǐng)域中的閘閥供貨業(yè)績。供貨商需遞交閥門的實(shí)際應(yīng)用證明，并提供近5年來不小于本項(xiàng)目直徑和壓力等級(jí)的產(chǎn)品在國內(nèi)外天然氣集輸工程項(xiàng)目服務(wù)過1年以上的合同或業(yè)績證明，還應(yīng)證明其所提供的產(chǎn)品能夠長期地和安全地運(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，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) 的簽字和聯(lián)系方式等。如供貨商能提供所要求的業(yè)績，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

　　如果供貨商無法提供相關(guān)的工程業(yè)績，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。

5、結(jié)語

　　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100% 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100% 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)。抗高硫天然氣平板閘閥和截止閥，已成功地用于四川高硫化氫天然氣田集輸工程。