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FUN88体育【上海明精】高压球阀使用在重油加氢装

2020-04-16 20:04

  重油加氢装置具有高温、高压、临氢、含硫化氢的特点,苛刻的工况对重油加氢装置阀门的设计提出了更高的要求。本文以控制热高分油的高压球阀为例,从设计标准,材料选择,结构设计和计算校核四个方面阐述重油加氢装置高压球阀的设计方法。

  重质原油通过加氢工艺可扩大原油的加工适应性,提高轻油回收率,改进油品质量,减少环境污染。从经济效益,保护环境及节约资源的角度,重油加氢技术在石油产品精制、改质和重油加工过程中,起着非常关键的作用。然而,加氢工艺具有高温、高压、临氢、含硫化氢的特点,苛刻的工况对加氢装置阀门的上海明精设计提出了更高的要求。

  以控制热高分油由热高分流向热低分的高压球阀为例。高压球阀使用参数见表1。

  阀门的“压力温度等级”参考ASMEB16.34《法兰、螺纹和焊连接的阀门》。阀门的结构长度参考ASMEB16.10《阀门结构长度》。阀门的试验参考API598《阀门的检查和试验》。材料的抗硫化物应力腐蚀处理参考NACEMR0175-2003《油田设备用抗硫化物应力腐蚀断裂和应力腐蚀裂纹的金属材料》。

  热高分油介质中含有H2、硫化氢、Cl离子和酸性物质等,操作温度高达260℃。临氢工况,氢气会对阀门造成氢脆、氢蚀及氢化物氢脆等氢损伤影响。在含有Cl离子的腐蚀介质中,奥氏体不锈钢容易受应力(残余应力或施加的应力)和腐蚀的共同影响,发生应力腐蚀开裂。操作温度260℃阀门会受到高温H2+H2S腐蚀,导致阀体腐蚀减薄甚至穿孔。

  综上所述,对于热高分油这种复杂的腐蚀介质,为阀门选择正确的材质至关重要。

  阀体材质:S32550(ASTMF61)高合金型奥氏体-铁素体双相不锈钢,FUN88体育锻件毛坯。S32550含25%Cr并含有钼和氮,具有良好的耐氯化物应力腐蚀能力、良好的耐孔蚀性能和耐腐蚀疲劳性能。

  阀杆材质:S20910氮强化奥氏体不锈钢,硬度HRC35。S20910在抗硫化物应力腐蚀开裂和耐晶间腐蚀方面表现优良,常温下屈服强度几乎是316、316L的两倍,高温下也具有非常好的机械性能。

  球芯材质:基体材质SUS316奥氏体不锈钢,喷焊材质镍基自熔性合金。镍基自熔性合金具有耐磨、耐热、耐腐蚀和耐气蚀的特点,采用热喷焊方式可形成几毫米厚的合金层,喷焊层组织致密,冶金缺陷少,与基材结合强度高(约为热喷涂的10倍)。

  阀座材质:基体材质SUS316奥氏体不锈钢,堆焊材质司太立耐热耐磨硬质合金。司太立硬质合金的耐磨、耐热和耐腐蚀性优良。堆焊层与基体材质的结合属于冶金结合,结合强度高,抗冲击性能好。

  弹簧材质:N07750(InconelX-750)沉淀硬化镍基高温合金,固溶处理后再冷作时效处理,硬度HRC35。N07750在高温下仍具有良好的、全面的抗腐蚀能力,良好的蠕变断裂强度和耐松弛性能。/P

  阀座密封圈材质:双重柔性石墨密封环。柔性石墨密封环具有良好的耐腐蚀、耐高温、耐高压特性,极低的摩擦系数和较高的回弹性。

  填料材质:高纯度石墨环,具有径向扩张性好,防火,抗腐蚀,逸散低于100PPM的特点。

  控制热高分油的高压球阀全关时压力降17.8MPa,操作温度260℃。考虑其压差大、温度高的特点,在上海明精阀门的设计过程中采用以下结构形式:

  支撑板固定球结构:阀门开启和关闭过程,球芯旋转轴线固定。与浮动球或支轴式固定球结构相比,支撑板固定球结构的球芯在联结端不会挤压阀杆,阀杆在阀门运行过程不产生弯曲变形,只承受球芯与阀座之间摩擦力产生的扭矩,进而降低阀门操作力矩。

  压力自排放结构:当阀门处在全关的位置时,阀体、阀座和球芯构成封闭空间(也称中腔)。该封闭空间的介质作用在阀座上存在环形面积差S1,压强P1。阀后的介质作用在阀座上也存在环形面积差S2,压强P2。阀座承受波形弹簧提供的预紧力F。当中腔介质压力P1上升到一定值时,即P1*S1(P2*S2+F)时,弹簧将被压缩,阀座与球芯分离,中腔的高压介质通过球芯与阀座分离产生的间隙泄放,实现压力自排放功能。

  整体式阀杆防吹出结构:阀门内腔介质压力对阀杆有个向上的推力作用,当该推力大于阀杆与填料之间的摩擦力时,阀杆将被吹出阀体。阀杆防吹出结构可避免该隐患发生。与对开环式防吹出结构相比,整体式阀杆防吹出结构强度更好,承受的介质压力更高。该结构配合石墨止退垫圈使用还可以实现阀门的上密封功能,上海明精可以在线整体式阀杆防吹出结构

  动载压板结构:动载压板结构的原理是通过在填料压板螺栓位置安装碟形弹簧,来为填料组件提供持续的加载力,保证阀杆和填料之间持久紧密密封,上海明精防止高压介质逃逸泄漏。

  球面距L与球体直径2R和球体流道直径D的关系为:L球面距L=187mm符合要求。

  随着社会及国家对环境保护和能源可持续发展意识的提高,我国重油加氢技术还将持续快速地发展。高压球阀在重油加氢装置中起着关键性作用,上海明精选择合理的材料和结构对阀门的使用性能和寿命至关重要。