抗高硫高酸平板闸阀在天然气田应用

                     抗高硫高酸平板闸阀在天然气田应用

                            上海申弘阀门有限公司

1、抗高硫高酸平板闸阀在高硫天然气田应用概述
之前介绍三级减压阀串联，现在介绍目前，国内含高硫化氢天然气田得到了有序的开发和拓展，高硫天然气田中一般含有12.31% ～17.05%H2S、7.89% ～ 10.53% CO2，其地层水中氯离子(CL-) 含量为28 ～ 65g /l，原料气中含有0.346g /m3 的有机硫，其中硫氧碳为316. 2mg/m3、甲硫醇为22.8mg/m3、乙硫醇为1.6mg/m3，并含饱和水蒸汽等。气田集输工程中抗高硫高酸天然气用高压平板闸阀和截止阀是工程系统的关键设备。具有当今世界高技术水平并*的抗高硫高酸特殊平板闸阀——CL150LB、高压CL900-2500LB-DN25- 500平板闸阀，上海申弘阀门有限公司研制成功。目前，该产品已成功应用在中国石化“普光气田主体开发地面集输工程站场”中。容大实验室专业从事抗硫化氢SSC和抗氢致开裂HIC试验，试验设备齐全，试验人员技术专业，SSC测试周期35天，HIC测试周期2周，报告有性 HIC氢致开裂试验： 裂纹敏感性比值CSR；裂纹长度比值CLR；裂纹厚度比值CTR    标准：NACE TM 0284-2003；NACE MR0175-2000 SSC硫化氢应力开裂试验： 标准拉伸试验；标准弯梁试验；标准C型环试验；标准双悬臂梁试验 标准:H_2S是一种酸性气体,对金属材料的破坏贯穿于进入井筒至流出脱硫厂全过程,且破坏作用不易预测。介绍了H_2S对金属材料的破坏机理及破坏形式,指出了硫化氢分压、温度和pH值对材料的破坏规律。提出了金属材料中不同合金成分、杂质、金相组织、强度和强度的影响规律和零部件结构、加工方法要求,并以封隔器为例列举了主要零部件材料的选择,指导井下工具的开发。 
      抗高硫高酸平板闸阀在天然气田应用据了解，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。“高压平板闸阀”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、工抗高硫高酸平板闸阀在天然气田应用艺参数
公称压力 CL150 ～ 2 500

公称通径 DN25 ～ 500

介质温度 -35 ～ 60℃

连接形式 法兰



3、产品分析
3.1、结构特性

高压抗高硫高酸特殊平板闸阀( 图1) 采用单闸板硬密封结构。浮动阀座具有自清洗功能，保证杂物不能进入阀座后面，并具有防火和防静电功能。阀门的上、下阀腔无介质沉积，确保阀杆与阀体之间或阀杆、阀体和闸板之间为能导电的防静电结构，防静电电路的电阻小于10Ω。为确保H2S 不能从阀体与阀盖( 填料箱) 间产生泄漏，阀门中法兰采用内压自密封结构时，应采用金属密封结构。阀杆密封采用Inconel 718 + 柔性石墨与填料隔环内外加O形圈密封结构。

阀杆设计成在介质压力作用下拆开阀杆密封圈时，阀杆不脱出的结构。阀杆有良好的外部保护措施，防止外部物质进入阀杆的密封处。阀盖的密封采用压力自紧式密封，以有效的防止泄漏，密封材料具有抗硫性。阀杆带有上密封，填料满足现场高和低设计温度的要求，并且确保不会发生泄漏。闸板与阀座采用金属对金属密封，闸板与阀座间具有硬度差，以满足金属密封要求。试验和检验符合API 598 和ISO 5208 的相关要求，大允许泄漏量满足API 598 零泄漏要求。阀杆及阀体中法兰密封应根据ISO 15848-2 进行微泄漏检验，泄漏等级应满足ISO 15848-2 规定的B 级泄漏要求。2 500 磅级抗高硫平板闸阀ZF系列ZF系列ZF43Y/ZF63Y/ZF83Y注水阀均为高压平板闸阀。结构合理，密封可靠，操作轻便。密封面均喷焊硬质合金，具有防腐、耐磨、耐冲蚀等优点，且可用于节流。尤其适用于工作压力≤42MPa，工作温度≤120℃的水、油、泥浆、天然气管线作控制介质流动的启闭及调节装置。平板闸阀的两边密封是在阀门的中轴上平衡分布的机械密封,所以平板闸阀适用于天然气,石油,和化工品的管线运输?

从设计结构来说,平板闸阀分为带导流孔和不带导流孔的?
 
设计特点
设计标准按照 API 6D?ASME B16.34?GB/T 19672
平板闸阀的闸板和密封座都采用特设处理,能够适用抗腐蚀,防渗透,耐摩擦的多层密封?
阀座采用软硬双重密封,增加密封的稳定性
全通径的设计,通过阀门的压力损失很小?
当阀门全部开开,相对其他阀门而言,介质对密封面冲刷是小的
平板闸阀同样也适用于清管的部位
阀门还有调节流量的作用
阀门可以任意方位安装,水平和垂直?
产品采用标准


图1 2 500 磅级抗高硫平板闸阀

3.2、主体材料

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WCB、WCC、LCC 或镍基合金INCOLOY825等。用于抗高硫腐蚀用WCB WCC 的阀门主体材料采用电弧炉或精炼炉冶炼的低碳、低磷和超低硫的细晶粒的全镇静纯净钢。冶炼、铸造时应对其夹杂物进行严格地控制，使其铸件金相组织可能出现非金属夹杂物为小，并且不能有明显的柱状偏析。抗硫腐蚀铸钢WCB 的化学成分中，C≤0.22%，S≤0.015%，P≤0.020%，其碳当量[CE]< 0.42%。抗硫腐蚀铸钢WCB 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，其硬度不大于200HB。铸件满足

抗高硫腐蚀和高氯离子等的腐蚀及通过SSC 和HIC 试验，铸造、冶炼时控制抗硫腐蚀钢的化学成分及热处理工艺等。S 含量应控制在超低硫≤0.012%的范围内，同时因为C 是增加抗高硫钢的强度和硬度并增大钢的裂纹倾向的关键元素，应控制在规定的范围内。

3.3、防火试验及微泄漏检验

抗高硫平板闸阀必须按API 6FA 标准对各压力等级、公称尺寸全范围的实施，并进行实物阀门的防火试验的检验，同时阀门出厂前要按ISO 15848-2 规定的B 级要求进行微泄漏检验。

3.4、铸件和锻件无损检验

上海申弘阀门有限公司生产相关的产品有：减压阀(气体减压阀集输工程抗高硫天然气用平板闸阀( 含截止阀) 的关键制造工艺是抗高硫钢的冶炼和铸造，抗高硫钢应满足企业内控标准。阀门均应99% 毛坯射线探伤，其结果不应有Ⅱ级以下的缺陷，锻件实施99%的超声波探伤检验。本系列产品采用新型浮动式密封结构，适用于压力不大于15.0MPa，温度-29～121℃的油品、天然气等管线上，作为控制介质的启闭及调节装置，该产品结构设计新颖、选材恰当、测试严格、操作轻便，具有较强的防腐、耐磨、耐冲蚀性能，是石油工业界一种理想的新型装备。 
石油高压平行式闸阀结构特征与工作原理
 
1. 采用浮动阀座，双向启闭，密封可靠，启闭灵活。
2. 闸板均有导向条给予精密导向，同时密封面均喷焊硬质合金，耐冲蚀。
3. 阀体承载能力高，通道为直通式，全开时，与闸板导流孔相贯通和直管相似，流阻很小。阀杆采用复合填料，多重密封，使得密封可靠，摩擦力小。 
4. 关闭阀门时，顺时针转动手轮，闸板下移至底部，由于介质压强的作用，将进口端密封座推向闸板方向，形成较大的密封比压，从而形成*道密封。同时，将闸板压向出口端密封座上，成为双重密封。 
5. 由于采用双重密封，所以可在不影响管道工作的情况下更换易损件。这是本厂产品优先于国内外同类产品的重要特征。 
6. 石油闸阀开启闸板时，逆时针旋转手轮，闸板上移，导流孔与通道孔相贯通。随着闸板的上升，贯通孔逐渐加大，限位置时，导流孔与通道孔相重合，此时全开。
石油高压平行式闸阀使用、维护、保养及注意事项 
1. 阀门出厂前均作了强度和密封试验，使用时所有连接处均应保持初始状态。 
2. 本系列阀门操作手轮上标有启闭旋向标志，明杆式上部配有启闭高度标尺，以供调节指示。 
3. 本阀门与管线焊接时，应将阀门开启，适当用潮湿物保护颈部，尽量减少高温热传导，以防损坏密封填料件。 
4. 关闭阀门时严禁使用加力杆，闸板关闭至顶端时手轮应回转1/2圈使闸板处于浮动状态。 
5. 阀门在使用过程中，应定期向阀帽注脂接头注入定量润滑脂。 
6. 阀门在使用过程中，如因易损件而泄漏，应及时更换。 
7. 阀门在检修过程中，应将内腔清洗干净，组装时应将各传动部位加润滑脂。 
8. 阀门储存停用期间，应将闸板处于关闭位置，存放应置于通风干燥处，定期检查保养。

4、供货要求
阀门供货商应有近年来在国内外为至少2个天然气集输工程的同类闸阀供货业绩，或其他相关领域中的闸阀供货业绩。供货商需递交阀门的实际应用证明，并提供近5年来不小于本项目直径和压力等级的产品在国内外天然气集输工程项目服务过1年以上的合同或业绩证明，还应证明其所提供的产品能够地和安全地运行。供货的阀门阀体材料可以选择工程评定或试验评定方法中的一种作为所供产品的抗硫依据。

4.1、工程评定

供货商应提供用相同工艺生产的同类材料使用在苛刻程度不低于本项目的类似工程的业绩，而且保证材料在工程中连续使用的时间在2 年以上，并且检查后状况良好。供货商应能够提供可追溯的详细证明文件，且应包括工程的相关内容。

①工程的名称、地点及供货时间。工程介质的组分表( 至少包括H2S和CO2的含量) 。

②介质是否为湿气。

③系统操作压力和温度。

④所用材料、所用材料的连续使用时间及当前材料的状态( 如没有任何开裂和裂纹等) 。

⑤证明文件应带有用户( 或其他第3 方) 的签字和等。如供货商能提供所要求的业绩，可以对阀门阀体材料按照要求进行HIC 试验。验标准为NACE TM0284-2003，试验溶液为NACE规定的A溶液，试验时间为96h，试验频次为前三炉和以后每10 炉一批次，验收标准为CLR≤15%、CTR≤5%和CSR≤2%。



4.2、试验评定

如果供货商无法提供相关的工程业绩，则需要按照要求对材料进行HIC 和SSC 试验( 表1) 。

表1 评定试验



评定试验

①所有的碳钢阀门配对法兰的材料限定见SPE- 0100ME20- 01《用于强酸介质的阀门配对法兰及紧固件》，符合NACE MR0175/ISO 15156、ASMEB16.5 和ASME B16.47 的要求。制造商应充分考虑阀内件与阀体的电偶腐蚀问题。

②井口至加热炉前放空管线上的闸阀，阀门上、下游管线材质为A333 Gr.6，则配对法兰要求为ASTM A350 LF2 抗硫锻件，符合NACE MR0175 /ISO15156 的标准要求。1、阀座采用O形密封圈密封和施加预紧力的浮动阀座结构，使平板闸阀进出口双向密封;并且该结构的启闭力矩仅为普通阀门的1/2，能达到轻松开、关阀门
2、在全开时，通手动刀形闸阀道平滑为直线，流阻系数极小，无压力损失，可通毛球清扫管线
3、采用带自密封能力的填料结构，无需经不锈钢手动刀闸阀常调节，开、关极为轻便，且密封性可靠，填料函处设有辅助密封油脂注入结构，密封性能可靠，真正达到零泄漏;解决了通用阀门填料处容易外漏的弊病
5、全封闭结构，电动刀型闸阀防护性能好，可适应全天候要求抗硫平板闸阀 KZ43Y适用于：含硫的气体和液体介质，电动刀闸阀介质中有轻度的弱硫成分，阀杆换成不锈钢304即可

关闭阀门时严禁使用加力杆，闸板关闭至顶端时手轮应回转1/2圈使闸板处于浮动状态。
▲ 全天候
整体全封闭结构，设置钢电动刀形闸阀制阀杆保护罩，适应风沙等各种自然环境。
▲ 传动多样化
传动机构多样化，更易于实现锻钢法兰闸阀自动化和远距离控制。操作方式有手动、气动、液动、电动(防爆)等。
▲ 现场紧急密封
密封部位设置油封结构，在密封楔式铸铁闸阀遭到破坏的情况下也可以安然运行，更适应安全运行要求。
▲ 抗硫型工艺
抗硫型内件采用了抗硫应力裂纹的金属材料处理，符合NACE标准规范。
▲ 全通径
全通径、低流阻设计，带导流孔阀门可管线通球清扫。
开启闸板时，逆时针旋转手轮，闸板上移，导流孔与通道 孔相贯通。随着闸板的上升，贯通孔逐渐加大，限位置时，导流孔与通道孔相重合，此时全开。
▲ 行程指示
设置行程指示机构，启闭情况一目了然。
▲ 阀杆加长
阀杆加长适用于埋地及低温用，加长尺寸根据用户需要确定。
▲ 免维修
液压密封控制原理，无传统填料，免除经常性的动密封维护需要。
▲ 自动泄压
多层次上下游密封结构，自动释放阀体内过量的压力，保障设备安全运行。
▲ 抗外力安全性
阀体的壁厚根据高压容器的安全法则进行设计，对承受外力抗弯曲等符合API 6D规定，强度足够。

5、结语
抗高硫天然气集输工程用高压平板闸阀和截止阀是一种用于高硫、高氯离子和二氧化碳及饱和水等极为恶劣工况中的特殊抗蚀阀门，其铸件不分压力高低均要99% 的进行射线探伤检验，并且不得有低于Ⅱ级的片子，锻件要99% 作超声波探伤检验。阀门成品要作氦微泄漏检验，铸件要通过SSC和HIC 检验。成品阀门还必须进行全压力级、全公称尺寸范围复盖的实物防火试验检验。抗高硫天然气平板闸阀和截止阀，已成功地用于四川高硫化氢天然气田集输工程。与本产品相关论文：钢厂热脏煤气蝶阀