抗高硫高酸平板閘閥在天然氣田應用

                     抗高硫高酸平板閘閥在天然氣田應用

                            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用概述
之前介紹三級減壓閥串聯，現在介紹目前，國內含高硫化氫天然氣田得到了有序的開發和拓展，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的關鍵設備。具有當今世界高技術水平并*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，該產品已成功應用在中國石化“普光氣田主體開發地面集輸工程站場”中。容大實驗室專業從事抗硫化氫SSC和抗氫致開裂HIC試驗，試驗設備齊全，試驗人員技術專業，SSC測試周期35天，HIC測試周期2周，報告有性 HIC氫致開裂試驗： 裂紋敏感性比值CSR；裂紋長度比值CLR；裂紋厚度比值CTR    標準：NACE TM 0284-2003；NACE MR0175-2000 SSC硫化氫應力開裂試驗： 標準拉伸試驗；標準彎梁試驗；標準C型環試驗；標準雙懸臂梁試驗 標準:H_2S是一種酸性氣體,對金屬材料的破壞貫穿于進入井筒至流出脫硫廠全過程,且破壞作用不易預測。介紹了H_2S對金屬材料的破壞機理及破壞形式,指出了硫化氫分壓、溫度和pH值對材料的破壞規律。提出了金屬材料中不同合金成分、雜質、金相組織、強度和強度的影響規律和零部件結構、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,指導井下工具的開發。 
      抗高硫高酸平板閘閥在天然氣田應用據了解，該產品具有流阻小、流量大和可通清掃器的功能，且有啟閉輕巧等優點，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，作為控制介質流通和截止的啟閉裝置。根據工程的需要，該閥門有手動、傘齒輪傳動、防爆電動等傳動方式。該閥門還設計有閥位開關指示、閥桿保護罩、防止誤操作的保護鎖等，能確保該閥門安全運行，避免發生誤操作。該產品采用單閘板硬密封，浮動“技術”的閥座，保證雜物不會進入閥座后面，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”在國內也產生了較大影響，在市場應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用藝參數
公稱壓力 CL150 ～ 2 500

公稱通徑 DN25 ～ 500

介質溫度 -35 ～ 60℃

連接形式 法蘭



3、產品分析
3.1、結構特性

高壓抗高硫高酸特殊平板閘閥( 圖1) 采用單閘板硬密封結構。浮動閥座具有自清洗功能，保證雜物不能進入閥座后面，并具有防火和防靜電功能。閥門的上、下閥腔無介質沉積，確保閥桿與閥體之間或閥桿、閥體和閘板之間為能導電的防靜電結構，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) 間產生泄漏，閥門中法蘭采用內壓自密封結構時，應采用金屬密封結構。閥桿密封采用Inconel 718 + 柔性石墨與填料隔環內外加O形圈密封結構。

閥桿設計成在介質壓力作用下拆開閥桿密封圈時，閥桿不脫出的結構。閥桿有良好的外部保護措施，防止外部物質進入閥桿的密封處。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，填料滿足現場高和低設計溫度的要求，并且確保不會發生泄漏。閘板與閥座采用金屬對金屬密封，閘板與閥座間具有硬度差，以滿足金屬密封要求。試驗和檢驗符合API 598 和ISO 5208 的相關要求，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根據ISO 15848-2 進行微泄漏檢驗，泄漏等級應滿足ISO 15848-2 規定的B 級泄漏要求。2 500 磅級抗高硫平板閘閥ZF系列ZF系列ZF43Y/ZF63Y/ZF83Y注水閥均為高壓平板閘閥。結構合理，密封可靠，操作輕便。密封面均噴焊硬質合金，具有防腐、耐磨、耐沖蝕等優點，且可用于節流。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流動的啟閉及調節裝置。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,和化工品的管線運輸?

從設計結構來說,平板閘閥分為帶導流孔和不帶導流孔的?
 
設計特點
設計標準按照 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,增加密封的穩定性
全通徑的設計,通過閥門的壓力損失很小?
當閥門全部開開,相對其他閥門而言,介質對密封面沖刷是小的
平板閘閥同樣也適用于清管的部位
閥門還有調節流量的作用
閥門可以任意方位安裝,水平和垂直?
產品采用標準


圖1 2 500 磅級抗高硫平板閘閥

3.2、主體材料

輸送介質為高硫天然氣時，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、低磷和超低硫的細晶粒的全鎮靜純凈鋼。冶煉、鑄造時應對其夾雜物進行嚴格地控制，使其鑄件金相組織可能出現非金屬夾雜物為小，并且不能有明顯的柱狀偏析。抗硫腐蝕鑄鋼WCB 的化學成分中，C≤0.22%，S≤0.015%，P≤0.020%，其碳當量[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，鑄造、冶煉時控制抗硫腐蝕鋼的化學成分及熱處理工藝等。S 含量應控制在超低硫≤0.012%的范圍內，同時因為C 是增加抗高硫鋼的強度和硬度并增大鋼的裂紋傾向的關鍵元素，應控制在規定的范圍內。

3.3、防火試驗及微泄漏檢驗

抗高硫平板閘閥必須按API 6FA 標準對各壓力等級、公稱尺寸全范圍的實施，并進行實物閥門的防火試驗的檢驗，同時閥門出廠前要按ISO 15848-2 規定的B 級要求進行微泄漏檢驗。

3.4、鑄件和鍛件無損檢驗

上海申弘閥門有限公司生產相關的產品有：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) 的關鍵制造工藝是抗高硫鋼的冶煉和鑄造，抗高硫鋼應滿足企業內控標準。閥門均應99% 毛坯射線探傷，其結果不應有Ⅱ級以下的缺陷，鍛件實施99%的超聲波探傷檢驗。本系列產品采用新型浮動式密封結構，適用于壓力不大于15.0MPa，溫度-29～121℃的油品、天然氣等管線上，作為控制介質的啟閉及調節裝置，該產品結構設計新穎、選材恰當、測試嚴格、操作輕便，具有較強的防腐、耐磨、耐沖蝕性能，是石油工業界一種理想的新型裝備。 
石油高壓平行式閘閥結構特征與工作原理
 
1. 采用浮動閥座，雙向啟閉，密封可靠，啟閉靈活。
2. 閘板均有導向條給予精密導向，同時密封面均噴焊硬質合金，耐沖蝕。
3. 閥體承載能力高，通道為直通式，全開時，與閘板導流孔相貫通和直管相似，流阻很小。閥桿采用復合填料，多重密封，使得密封可靠，摩擦力小。 
4. 關閉閥門時，順時針轉動手輪，閘板下移至底部，由于介質壓強的作用，將進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，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。這是本廠產品優先于國內外同類產品的重要特征。 
6. 石油閘閥開啟閘板時，逆時針旋轉手輪，閘板上移，導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，導流孔與通道孔相重合，此時全開。
石油高壓平行式閘閥使用、維護、保養及注意事項 
1. 閥門出廠前均作了強度和密封試驗，使用時所有連接處均應保持初始狀態。 
2. 本系列閥門操作手輪上標有啟閉旋向標志，明桿式上部配有啟閉高度標尺，以供調節指示。 
3. 本閥門與管線焊接時，應將閥門開啟，適當用潮濕物保護頸部，盡量減少高溫熱傳導，以防損壞密封填料件。 
4. 關閉閥門時嚴禁使用加力桿，閘板關閉至頂端時手輪應回轉1/2圈使閘板處于浮動狀態。 
5. 閥門在使用過程中，應定期向閥帽注脂接頭注入定量潤滑脂。 
6. 閥門在使用過程中，如因易損件而泄漏，應及時更換。 
7. 閥門在檢修過程中，應將內腔清洗干凈，組裝時應將各傳動部位加潤滑脂。 
8. 閥門儲存停用期間，應將閘板處于關閉位置，存放應置于通風干燥處，定期檢查保養。

4、供貨要求
閥門供貨商應有近年來在國內外為至少2個天然氣集輸工程的同類閘閥供貨業績，或其他相關領域中的閘閥供貨業績。供貨商需遞交閥門的實際應用證明，并提供近5年來不小于本項目直徑和壓力等級的產品在國內外天然氣集輸工程項目服務過1年以上的合同或業績證明，還應證明其所提供的產品能夠地和安全地運行。供貨的閥門閥體材料可以選擇工程評定或試驗評定方法中的一種作為所供產品的抗硫依據。

4.1、工程評定

供貨商應提供用相同工藝生產的同類材料使用在苛刻程度不低于本項目的類似工程的業績，而且保證材料在工程中連續使用的時間在2 年以上，并且檢查后狀況良好。供貨商應能夠提供可追溯的詳細證明文件，且應包括工程的相關內容。

①工程的名稱、地點及供貨時間。工程介質的組分表( 至少包括H2S和CO2的含量) 。

②介質是否為濕氣。

③系統操作壓力和溫度。

④所用材料、所用材料的連續使用時間及當前材料的狀態( 如沒有任何開裂和裂紋等) 。

⑤證明文件應帶有用戶( 或其他第3 方) 的簽字和等。如供貨商能提供所要求的業績，可以對閥門閥體材料按照要求進行HIC 試驗。驗標準為NACE TM0284-2003，試驗溶液為NACE規定的A溶液，試驗時間為96h，試驗頻次為前三爐和以后每10 爐一批次，驗收標準為CLR≤15%、CTR≤5%和CSR≤2%。



4.2、試驗評定

如果供貨商無法提供相關的工程業績，則需要按照要求對材料進行HIC 和SSC 試驗( 表1) 。

表1 評定試驗



評定試驗

①所有的碳鋼閥門配對法蘭的材料限定見SPE- 0100ME20- 01《用于強酸介質的閥門配對法蘭及緊固件》，符合NACE MR0175/ISO 15156、ASMEB16.5 和ASME B16.47 的要求。制造商應充分考慮閥內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、下游管線材質為A333 Gr.6，則配對法蘭要求為ASTM A350 LF2 抗硫鍛件，符合NACE MR0175 /ISO15156 的標準要求。1、閥座采用O形密封圈密封和施加預緊力的浮動閥座結構，使平板閘閥進出口雙向密封;并且該結構的啟閉力矩僅為普通閥門的1/2，能達到輕松開、關閥門
2、在全開時，通手動刀形閘閥道平滑為直線，流阻系數極小，無壓力損失，可通毛球清掃管線
3、采用帶自密封能力的填料結構，無需經不銹鋼手動刀閘閥常調節，開、關極為輕便，且密封性可靠，填料函處設有輔助密封油脂注入結構，密封性能可靠，真正達到零泄漏;解決了通用閥門填料處容易外漏的弊病
5、全封閉結構，電動刀型閘閥防護性能好，可適應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，電動刀閘閥介質中有輕度的弱硫成分，閥桿換成不銹鋼304即可

關閉閥門時嚴禁使用加力桿，閘板關閉至頂端時手輪應回轉1/2圈使閘板處于浮動狀態。
▲ 全天候
整體全封閉結構，設置鋼電動刀形閘閥制閥桿保護罩，適應風沙等各種自然環境。
▲ 傳動多樣化
傳動機構多樣化，更易于實現鍛鋼法蘭閘閥自動化和遠距離控制。操作方式有手動、氣動、液動、電動(防爆)等。
▲ 現場緊急密封
密封部位設置油封結構，在密封楔式鑄鐵閘閥遭到破壞的情況下也可以安然運行，更適應安全運行要求。
▲ 抗硫型工藝
抗硫型內件采用了抗硫應力裂紋的金屬材料處理，符合NACE標準規范。
▲ 全通徑
全通徑、低流阻設計，帶導流孔閥門可管線通球清掃。
開啟閘板時，逆時針旋轉手輪，閘板上移，導流孔與通道 孔相貫通。隨著閘板的上升，貫通孔逐漸加大，限位置時，導流孔與通道孔相重合，此時全開。
▲ 行程指示
設置行程指示機構，啟閉情況一目了然。
▲ 閥桿加長
閥桿加長適用于埋地及低溫用，加長尺寸根據用戶需要確定。
▲ 免維修
液壓密封控制原理，無傳統填料，免除經常性的動密封維護需要。
▲ 自動泄壓
多層次上下游密封結構，自動釋放閥體內過量的壓力，保障設備安全運行。
▲ 抗外力安全性
閥體的壁厚根據高壓容器的安全法則進行設計，對承受外力抗彎曲等符合API 6D規定，強度足夠。

5、結語
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99% 的進行射線探傷檢驗，并且不得有低于Ⅱ級的片子，鍛件要99% 作超聲波探傷檢驗。閥門成品要作氦微泄漏檢驗，鑄件要通過SSC和HIC 檢驗。成品閥門還必須進行全壓力級、全公稱尺寸范圍復蓋的實物防火試驗檢驗。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。與本產品相關論文：鋼廠熱臟煤氣蝶閥