抗硫闸阀在高硫天然气输送管道应用

                          抗硫闸阀在高硫天然气输送管道应用

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1概述
通常将油、气中H2S体积分数超过1.5%定义为高含硫油、气的环境。目前世界上的高含硫天然气田含硫量差异较大，为10%～20%。我国现已开发了多个高硫天然气田，其中含12.31%～17.05%H2S，7.89%～10.53%CO2，地层水中氯离子含量为28.2～64.6g/L，原料气含有机硫0.34g/m3，其中硫氧碳0.32g/m3，甲硫醇22.8mg/m3，乙硫醇1.6mg/m3并含饱和水91视频WWW免费下载等。输送天然气管道中使用的阀门主体寿命不应低于30a，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，还具有辅助密封结构及双阻塞排污结构等。在高含硫天然气田H2S和CO2共同存在的条件下，影响材料腐蚀的主要因素是水中Cl－含量、元素硫、H2S和CO2分压及温度等。因此阀门材料的选用及质量控制极为重要。一般所谓气田是指天然气组分中以烷烃气（甲烷、乙烷、丙烷和丁烷）占优势的气田。如果天然气组分中硫化氢含量在70%以上可称硫化氢气田。通常把天然气中硫化氢含量在2—70%的气田，即30780mg/m3至1077300mg/m3叫高硫化氢气田。据了解，该产品具有流阻小、流量大和可通清扫器的功能，且有启闭轻巧等优点，可广泛用于含硫油品及天然气的开采和集输、石油和天然气的输送管线、炼油厂等工况，作为控制介质流通和截止的启闭装置。根据工程的需要，该阀门有手动、伞齿轮传动、防爆电动等传动方式。该阀门还设计有阀位开关指示、阀杆保护罩、防止误操作的保护锁等，能确保该阀门安全运行，避免发生误操作。该产品采用单闸板硬密封，浮动“技术”的阀座，保证杂物不会进入阀座后面，具有防火和防静电功能，阀门的毛坯铸造为该公司冶炼、铸造。特殊结构的“”弹性防火阀座，克服了以往只能用O型橡胶圈的局限性，将弹性阀座的平板闸阀应用领域扩展到了高温和高压领域。“高压平板闸阀”已经在2007年10月由的中国石化和中国石油设计院及专业大学、中国神华集团、中国阀门协会的专家，进行了省级投产鉴定，。有关专家认为，该阀门的研制成功及应用对推动我省机械及石油行业的经济技术化起了关键作用，在国内也产生了较大影响，在市场应用中具有非常广阔的前景。

2工况分析在高含硫酸性环境中使用的抗高硫钢通常碳含量低于0.25%。抗高硫钢生产过程中应尽量控制P、S、Ni、Cu、Cr、Mo及V等杂质的含量。酸性环境中在有自由水存在的情况下，H2S与金属间的化学反应会被阳极反应和阴极反应所促进。
阳极：Fe←→Fe
++
+2eH2S+H2O←→H++HS－+H2OHS－+H2O←→H++S=+H2O
阴极：2e+2H++Fe++
+S=→2H+FeS总反应为Fe+H2S→H2O
→FeS+2H。
其中反应产物之一的氢原子（H）能够穿透钢材，并能沿着晶界迁移。同时，反应会出现金属的失重腐蚀，腐蚀斑点（点蚀），氢开裂（HIC）和起泡，氢脆和硫化物应力开裂（SSC>等现象。

3材料选择
阀门材料应符合ASMEB16.34、NACEMR0175/ISO15156和相关标准的要求。阀门的性能应能满足阀门所处工况的要求，并能保证使用寿命。一般情况下，球阀用于输送天然气的管线。平板闸阀用于输送原油及成品油管线。上海91视频色下载APP阀门有限公司主营阀门有：91视频看看簧色(91视频黄色网91视频看看簧色,可调式91视频看看簧色,波纹管91视频看看簧色,活塞式91视频看看簧色,91视频WWW免费下载91视频看看簧色,先导式91视频看看簧色,空气91视频看看簧色,氮气91视频看看簧色,水用91视频看看簧色,自力式91视频看看簧色,比例91视频看看簧色)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。而当天然气管线公称压力为15～42MPa（CL900～2500）时，若用球阀则其开、关扭矩过大，应选用中口带内压自密封的金属/金属密封平板闸阀。输送介质为高硫天然气时，平板闸阀（含高压截止阀）阀体和阀盖采用抗高硫的专门冶炼的抗硫钢ASTMA216WCB、WCC或A352LCC。用于抗高硫腐蚀用WCB、WCC的阀门主体材料（体、盖、闸板或阀瓣）应采用电弧炉冶炼的低碳、超低硫及低磷的细晶粒的全镇静纯净钢。用Si－Ca合金作脱氧材料，终脱氧用Al或加Ti变质处理。冶炼、铸造时必须对其夹杂物进行控制，使其铸件金相组织小可能出现非金属夹杂物，并且不能有明显的柱状偏析。抗硫腐蚀低碳钢铸件的化学成分，应满足C≤0.22%，S≤0.015%，P≤0.020%，碳当量［CE］＜0.42%。抗硫腐蚀低碳钢铸件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。在显微组织中，不允许有未回火的马氏体组织存在。铸钢件热处理后，其硬度≤200HB。4质量控制
4.1材料控制
（1）钢材应采用电炉冶炼，精炼炉精炼，真
空脱气工艺生产的细晶粒全镇静纯净钢。应对非金属夹杂物进行控制，使其小可能的出现非金属夹杂物，并进行球化处理，应无明显柱状偏析和带状组织。钢中A、B、C及D类非金属夹杂物级别限制如表1所示（按ASTME4方法检验），显微带状组织≤2.0级。

（2）锻制阀体的有效锻造比不应小于3，成品锻件应具有均匀的锻造组织。
（3）锻制阀体应采用正火或正火+回火处理，热加工和热成形不能代替正火处理。
（4）阀体材料应进行抗硫限定，应保证锻件P≤0.015%、S≤0.008%，铸件P≤0.020%、S≤0.015%。阀体任何一处的硬度不应超过200HB。屈服强度σs＜345MPa。碳当量CE＜0.42%，CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15，且Ni＜1%。
（5）所有涉酸材料都应符合NACEMR0175/ISO15156的相关要求。
（6）阀门不允许采用焊接结构。4.2
无损检测
（1）按照ASMEB16.34规定的关键部位对阀门铸件进行99%射线检测，对锻件进行99%超声波检测，按ASMEB16.34附录I和附录IV中规定的验收标准验收。
（2）承压锻件或铸件机加工后应逐件进行99%渗透检测，渗透检测应按照ASTME165方法B的规定执行，合格级别为I级。
（3）堆焊钴基合金的零部件及阀门堆焊面，应按照ASTME165方法B进行99%液体渗透检验。4.3
抗硫评定对用于阀体的原材料，应在热处理之后抽取试样按照要求进行试验，其中有标准的（HIC、SSC）和模拟工况的（SSC）试验（表2）。CLR≤15%，CTR≤5%，CSR≤2%，氢鼓泡数量为单个试样表面的氢鼓泡面积不超过试样面积的1%，且任何一个氢鼓泡的直径不超过1mm，试验报告中应注明试验前后溶液的pH值和HIC裂纹的照片以及试样表面的氢鼓泡数量和尺寸试件的受拉伸面在低倍显微镜下放大10倍检查，试件受拉伸面无可见SSC裂纹
试件的受拉伸面在低倍显微镜下放大10倍检查，试件受拉伸面无可见SSC裂纹
4.4过程质量控制卡
为了确保阀门产品在生产制造过程中，生产有序，控制得当，结合多年来生产过程控制的实际，制订了抗高硫阀门过程质量控制卡（表3）。表3
抗高硫阀门过程质量控制卡序号控制环节控制点操作要点工作依据相关记录责任人1合同评审评审依据合同保证成本、质量及交货期销售合同、技术协议、程序文件及与顾客有关过程控制程序等合同评审记录等…2图纸设计设计评审消化技术协议、相关标准的要求相关标准、技术协议、程序文件及设计开发控制程序等设计评审记录等…



3工艺设计工艺适应性铸（锻）件毛坯图、工艺、工装、夹具、材料消耗定额产品图纸、设备运行状况、工装需求、相关标准、规定及程序文件工艺控制程序等技术文件发放记录等
4铸造冶炼和热处理严格执行冶炼、造型、浇铸、清理、热处理等工艺相关工艺文件及特殊和关键过程控制程序等铸件材质证明书、相关质量记录和外观检验记录等

5锻造炉温及热处理控制始锻温度及终锻温度、检验锻件尺寸、热处理检验机械性能材料标准、图纸、锻造工艺守则及特殊和关键过程控制程序等热/锻零件加工路线卡、测试报告等…
6
材料零部件外购评价分供方资质严格执行采购计划、合同、协议等材料消耗定额、生产车间申报计划、采购控制程序、分供方的选择和评价控制程序等材质证明或必要的质量记录
7外购物资进货检验进货检验外观、性能及化学成分外购物资检验申请、外购物资检验规程及采购产品检验程序等复检报告、入库物资检验记录等…
8
机械加工加工及检测设备、仪器和工装精度加工尺寸符合图纸要求产品图纸、机加工工艺守则等零部件发套卡、阀门零件加工路线卡等
9密封面焊接
焊工资格、焊材质量根据母材材质及密封要求材质选择相应工艺阀门通用焊接工艺守则、焊接工艺评定及特殊和关键过程控制程序等阀门零件焊接工艺记录卡
10热处理温度
控制加热温度、保温时间及冷却方式热处理工艺守则及特殊和关键过程控制程序等热处理生产和操作记录
11无损检测检测人员资格控制好检测部位
产品图纸技术要求、各专业无损检测工艺及无损检测控制程序无损检测报告、记录…12装配研磨、清洗检查零件符合图纸要求、零件表面清洁无污物装配工艺守则、产品装配图及特殊和关键过程控制程序等阀门装配、试压、出厂检验路线表…13
压力试验
试验设备完好试验时注意安全，外表无渗漏产品装配图、相关标准、产品性能试验规程及产品检验与试验控制程序等阀门装配、试压、出厂检验路线表、阀门性能试验记录…
14涂漆油漆喷涂表面清洗干净，先喷底漆再喷面漆产品喷漆工艺指导书、客户要求等阀门装配、试压、出厂检验路线表…15出厂检验外观及尺寸、产品合格证、产品铭牌符合要求产品图纸、技术协议、合同要求等阀门装配、试压、出厂检验路线表设计改进较为合理。

测试过程
阀门的检验与测试均应遵循ISO5208、API6D、API602、ASMEB16.34及ISO15848－2的要求。检验和测试应在阀门表面处理和喷漆前进行。
（1）防静电试验，试验数量不应少于阀门数量的5%。
（2）99%阀门扭矩试验。

（3）99%阀腔的泄放试验。

（4）阀体液体强度试压。
（5）全压差下开阀试验，记录开阀时所需扭矩。
（6）阀门上密封试验。

（7）阀座液体密封试验。
（8）阀座低压91视频黄色网密封试验。

（9）高压91视频黄色网强度试验。

（10）微泄漏检验。

序号	物资名称及型号规格	单位	数量
1	钢法兰截止阀J41H-25  DN100	个	2
2	抗硫钢制楔式闸阀   KJ41H-25   DN100	个	8
3	钢制楔式闸阀Z41H-25 DN40	个	5
4	防爆挠性连接管  LCNG-S25X700-25/25TW	根	4
5	防爆挠性连接管  LCNG-S25*700	根	78
6	防爆挠性连接管  LGNG-S32*1000  G11/4（外）/G11/4（内)	根	4
7	防爆挠性连接管  FNG-25*1000	根	16
8	防爆挠性连接管  LGNG-S50*700-50/50TW	根	2
9	升降式止回阀H41H-25 DN100	套	1
10	抗硫钢制楔式闸阀   KZ41H-25  DN100	套	3
11	钢制楔式闸阀  Z41H-50  DN40	套	4
12	钢制楔式闸阀 Z41H-25 DN100	套	7
13	抗硫升降式止回阀  KH41H-25  DN40	套	1
14	(齿轮式）CPVC蝶阀DN100 PN10	套	6
15	(齿轮式)CPVC蝶阀  DN80  PN10   CP-821	套	3
16	管道用阻火器  PN2.5  DN100	套	1

6结语
高硫天然气集输工程用阀门材料的选择、质量控制及检验项目应按NACEMR0175/ISO15156及相关抗硫阀门材料规范及客户对材料的特殊要求进行选择材料。必须对材料的化学成分、力学性能、晶相分析、非金属夹杂物等进行检验。阀体承压部件所用材料必须经过标准的（HIC、SSC）和模拟工况的（SSC）试验，或取得相同运行工况的成功经验。对装配完成的阀门除进行API6D、API598等标准规定的试验项目外，还应进行高压91视频黄色网强度并ISO15848－2进行微泄漏试验。
参考文献
〔1NACEMR01752003MetalsforSulfideStressCrackingandStressCorrosionCrackingResistanceinSourOilfieldEnviron-ments〔S〕．
〔2〕ISO15156－2009PetroleumandnaturalgasindustriesMaterialsforuseinH2S－containingenvironmentsinoilandgasproduc-tion〔S〕．
〔3〕边云燕．高含硫气田地面集输工艺技术的新发展〔J〕．天然气与石油，2006．
〔4〕郭志军．油气田高含H2S、CO2和Cl－环境下压力容器腐蚀机理研究进展〔J〕与本文相关的论文有：五阳煤矿应用阀门案例