高硫天然气集输工程用高压平板闸阀结构的分析与选用

2013-09-20 吴宇中国石油化工股份有限公司南京阀门供应储备中心

1、概述

　　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。

2、工艺参数

　　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，填料满足现场最高和最低设计温度的要求，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，最大允许泄漏量满足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

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优质抗硫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最小，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

　　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100% 毛坯射线探伤，其结果不应有Ⅱ级以下的缺陷，锻件实施100%的超声波探伤检验。

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长期地和安全地运行。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) 的签字和联系方式等。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。

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100% 的进行射线探伤检验，并且不得有低于Ⅱ级的片子，锻件要100% 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。