工艺管道、阀门基础知识培训.ppt

吉木乃广汇液化天然气工厂培训课件-9,二一一年十月三十一日,工艺管道、阀门 基础知识培训,课程内容,一、常用材料基础知识 二、工艺管道基础知识 三、阀门基础知识,工艺性能（制造）-材料制造中的特性 铸造、锻造、焊接和切削加工性能 材料制造性能的好坏直接影响制造成本 使用性能-使用过程中的特性 物理、化学和力学性 物理性能是材料所固有的属性，包括密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性等 化学性能是指材料抵抗各种化学介质作用的能力，包括高温抗氧化性、耐腐蚀性等。 力学性能：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳,强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力，破坏对应有两种情况 发生较大的塑性变形，在外力去除后不能恢复到原来的形状和尺寸 发生断裂 强度指标： 屈服点（s）-抵抗发生塑性变形的能力，s越高则越不易发生塑性变形； 抗拉强度（b）-抵抗发生断裂的能力，b越高则越不易发生断裂,塑性：材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力 发生较大的塑性变形而不破坏则称材料的塑性好 塑性指标有伸长率和断面收缩率，值越大，塑性越好 对加工和使用意义重要 低碳钢塑性较好，可进行压力加工 普通铸铁塑性差，不能进行压力加工，能进行铸造 材料具有一定的塑性，不致因超载而突然破断，增加使用安全可靠性。,硬度-金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力 硬度试验指标-有布氏硬度和洛氏硬度 布氏硬度用HB表示，当压头为钢球时表示为HBS，当压头为硬质合金球时表示为HBW； 洛氏硬度用HRA、HRB或HRC表示，常用HRC。,冲击韧性-以很快的速度作用于工件上的载荷称为冲击载荷 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性 冲击韧性指标-冲击韧性值k k越大，材料的冲击韧性越好，材料越抗冲击 冲击韧性随温度的降低而减小，低于某一温度冲击韧性发生剧降，材料呈现脆性，该温度称为脆性转变温度 对于低温工作的设备来说，其选材应注意韧性是否足够。,疲劳-许多机械零件，如轴、齿轮、弹簧受到大小不同和方向变化的交变载荷作用，材料在应力小于其强度极限下，经一定循环次数后，无显著外观变形却会发生断裂 疲劳断裂不产生明显的塑性变形，突然发生，具有很大的危险性，造成严重事故 材料抵抗疲劳能力的指标-疲劳极限D 金属材料承受的交变应力小于D时，应力循环到无数次也不会发生疲劳断裂 当大于D时，材料在经过一定循环次数后，将发生疲劳断裂。,由金属元素或以金属元素为主形成的、具有金属特性的物质称为金属材料 铁和以铁为基的合金（黑色金属），如钢、铸铁和铁合金 非铁合金（有色金属），如铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金 钢分为非合金钢（碳钢）、低合金钢和合金钢 都是铁和碳为主的合金 含碳量2.11%的称为钢 大于2.11%的称为铸铁 根据钢中是否添加合金元素，把钢分为碳素钢和合金钢两种。 碳钢占全部结构、零件和工具材料90%左右，合金钢仅占10%,低碳钢（含碳量0.6%） 按化学成分 低合金钢（合金元素含量10%） 普通钢 按质量分类 优质钢 高级优质钢,建筑钢 碳素结构钢 结构钢 按用途分类 合金结构钢 弹簧钢 轴承钢 工具钢 特殊性能钢（如不锈钢、耐热钢等）,有色金属 ： 纯铜（紫铜） 铜锌合金（黄铜） 铜锡合金（锡青铜） 无锡青铜（铝青铜） 铝及铝合金 钛及钛合金 镁及镁合金 铅、锡及合金 锌及合金 镍、钴及合金,铜及其合金,轻金属及合金,其他有色金属及合金,按合金成分,碳素钢-碳钢，牌号用二位数字表示，数字表示钢中的平均含碳量的万分之几。如含碳量0.20%的优质碳素钢表示为20钢。根据钢中含锰量的不同，分为普通含锰钢和高锰钢，如16Mn(或16锰） 钢的碳含量相对较低，性质是强而韧，铸铁碳含量高，性质是硬而脆,以“Q”加三位数字表示，如Q215、Q235 “Q”代表结构钢屈服点“屈”字的汉语拼音的首位字母，后面的三位数字表示该钢种在厚度小于16mm时的最低屈服点 钢的牌号尾部可用A、B、C、D表示钢的质量等级 A级为普通级，B、C、D表示硫、磷含量较低的优等级别。D级质量最高，A级质量最低。,牌号的最后面可用符号标志其冶炼时的脱氧程度，如对未完全脱氧的沸腾钢标以符号“F” 沸腾钢指钢在冶炼末期，仅用脱氧剂脱氧，钢液中留有FeO,在浇筑和凝固时，钢液中不断析出CO，产生类似沸腾的现象 FeO+C=Fe+CO 对完全脱氧的镇静钢标以符号“Z”或不标符号 半镇静钢标以“b” 特别镇静钢符号“TZ” 如Q235-B表示最低屈服点235MPa的B级碳素钢（镇静钢）；Q215-A.F表示最低屈服点215MPa的普通等级碳素结构钢（沸腾钢） 沸腾钢成本很低，机械性能比镇静钢差,Q235属于低碳钢，用途最广 其塑性、韧性优良，通常热轧成钢板、型钢、钢管、钢筋 Q235-A钢有良好的加工工艺性能，板材常用来焊制常温低压容器外壳，棒料常用来制作螺栓、螺母和支架等,仅用两位数字来表示，钢中平均含碳量的万分之几 如20钢的平均含碳量为0.20%，即万分之20。 对每一个钢号，国家标准都规定了化学成分范围和应达到的机械性能指标 钢号按顺序有：08、10、15、20、25、30、35、40、45、50等 专门用途的钢材 锅炉用钢和压力容器用钢在钢号末尾分别表上“g”或“R”字样 需进行机械性能特殊项目的检验 制造锅炉用的碳钢，牌号有20g、22g 制造压力容器用的碳钢有20R等。,优质碳钢同时保证钢材的化学成分和机械性能 有害元素S、P杂质较少 冶炼工艺比较严格，质量高，成本贵 低碳钢 含碳量低于0.25%，钢号有08、10、15、20、25 刚强度较低，弹塑性好，焊接性能良好 有圆钢、板材、无缝钢管、锻件产品 化工设备中常用作垫片包皮（08、10） 换热器列管、设备接管（10、20）、法兰,中碳钢 含碳量在0.30%0.55%之间，钢号有30、35、40、45、50、55。 强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不适合做设备的壳体 圆钢、锻件产品 35钢在化工设备上常用作管板，强度要求较高的螺栓、螺母等 45钢常用做传动轴,高碳钢 含碳量在0.6%以上，钢号有60、65、70、80。 强度与硬度较高，60、65钢主要用来制造弹簧。70、80钢用来制造钢丝绳等,铸铁 含碳量一般在2%以上，含有硫、磷和锰等杂质 铸铁是一种脆性材料，不能锻造，铸造性能较好 有优良的减震性、耐磨性和切削加工性 生产工艺和熔化设备简单，生产成本低廉 分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。,灰铸铁 碳大部或全部以自由状态的片状石墨形式存在，断口呈灰色 抗压强度较大，抗拉强度很低，冲击韧性很低 不适于制造承受弯曲、拉伸、剪切和冲击载荷的条件 可用来铸造承受压力，要求消震、耐磨的零件 如支架、阀体、泵体、机座、管路附件,球墨铸铁 在浇筑前往铁水中加入少量球化剂（Mg、Ca和稀土元素）和石墨化剂（硅铁或硅钙合金），以促进碳以球状石墨结晶存在 球墨铸铁在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁 球墨铸铁兼有普通铸铁及钢的优点 目前已成为一种很有前途的新型结构材料,合金钢-钢中加入的合金元素最有：铬(Cr）、镍(Ni）、钼(Mo）、硅(Si）、锰(Mn）、钨(W）、铝(Al） 铬 提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性，含量超过13时，钢的耐腐蚀能力显著提高 镍 耐腐蚀性和低温冲击韧性，良好的塑性和韧性。 锰 提高钢的强度以及低温冲击韧性 铝 细化晶粒、提高钢的冲击韧性、抗氧化性、耐热性、抗H2S腐蚀性，降低冷脆性。价格便宜 钼 提高钢的高温强度、硬度等 钛 提高强度、细化晶粒，提高韧性，在不锈钢中起稳定碳的作用，减少铬与碳化合的机会，防止晶间腐蚀，还可提高耐热性。,采用“数字元素符号数字”表示 前面的数字表示钢中的含碳量，后面的数字表示合金元素含量的百分之几 凡合金元素少于1.5时，钢号中仅标明元素符号，含量不予标注,常用铬不锈钢和铬镍不锈钢 铬不锈钢 1Cr13 用于制作含硫石油及加氢设备的内件、离心泵叶轮、壳体； 2Cr13 用于制作承受高应力的零件，如高压透平零件、阀件、离心泵主轴和高压阀等,铬镍不锈钢也是一种超低温材料，对含Cr18、镍（Ni）8的不锈钢，其屈服强度和抗拉强度都随温度的下降而上升 不会因温度下降而由塑性向脆性转变，即使在绝对零度附近也不失其延伸性和韧性 低温下具有良好的塑性和韧性，完全能满足LNG工厂低温区设备、管道、阀门制造需求 价格过于昂贵 在ASME规范中，推荐使用的低温钢主要是无镍、有镍（5% Ni, 8% Ni, 9% Ni）、不锈钢及铝合金 无镍低温钢的使用温度在60以上，有镍低温钢、不锈钢和铝合金的使用温度可达到196以下。,装置操作条件复杂，环境温度2926，极端最低温度-38.8 ，最高压力6.0MPa.A，最高温度为260，最低温度为162 MDEA有一定毒性和腐蚀性，配管和设备的材料选择要考虑到低环境温度工况和介质的特殊性 超低温设备和材料是目前国内供应尚存在一定困难和差距，装置中关键设备进行了引进 MRC压缩机、BOG压缩机、冷箱（塔）、低温泵及LNG贮罐的低温材料。 大部分设备、材料立足于国内供应 设计温度 -20 0C T0 0C时采用16MnR，当设计温度 -40 0C T-20 0C时采用16MnDR，当设计温度T-70 0C 时采用不锈钢。浮阀材料采用0Cr18Ni9。,配管、钢结构、钢平台、梯子等材料，除工艺操作条件外，尚需按构件应力考虑环境温度的影响 极端最低气温 -38.8，低于鄯善工厂-28.7，在结构件材料选材上比鄯善工厂苛刻，投资费用增加，采购困难增加 原料气组分含0.57mole%的氧气，如在工厂进行脱，将提高设备材料的要求、增加工艺附加措施。,课程内容,一、常用材料基础知识 二、工艺管道基础知识 三、阀门基础知识,石油化工管道,2011年12月，斋-吉天然气管线设施投用,储罐及工艺管网,按最高工作压力、最高工作温度、介质、管道材质等因素分类,低温管道：20 常温管道：20200 高温管道：200,课程内容,一、常用材料基础知识 二、工艺管道基础知识 三、阀门基础知识,阀门是LNG工厂管道系统的重要组成部件 主要功能是：接通和截断介质；防止介质倒流；调节介质压力、流量；分离、混合或分配介质；防上介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行等 阀门投资约占装置配管费用的4050 选用阀门主要从装置无故障操作和经济两方面考虑。,迅速接通和截断介质： -闸阀、蝶阀、球阀； 防止介质倒流： -止回阀； 调节介质压力、流量： -截止阀、调节阀； 分离、混合或分配介质： -旋塞阀、闸阀、调节阀； 防止介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行： -安全阀,输送流体的性质； 阀门的功能； 阀门的尺寸； 阀门的阻力损失； 阀门的工作温度和工作压力；（对可为两条） 阀门的材质。,阀门最适宜的安装高度为距离操作面12m上下，超过2m对于集中布置的阀组或操作频繁的单独阀门以及安全阀设置平台 从干管上引出的水平支管的切断阀，宜设在靠近根部的水平管段上； 升降式止回阀应安装在水平管道上，立式升降式止回阀应安装在管内介质自下而上流动的垂直管道上。旋启式止回阀应优先安装在水平管道上，也可安装在管内介质自下而上流动的垂直管道上； 地下管道的阀门应设在管沟内或阀井内，必要时，应设阀门延伸杆 消防水阀井应有明显的标志； 水平管道上的阀门，阀杆方向可按下列顺序确定：垂直向上；水平；向上倾斜45；向下倾斜45；不得垂直向下； 阀杆水平安装的明杆式阀门，当阀门开启时，阀杆不得影响通行,使用场所不同 高温阀、低温阀、高压阀和低压阀； 材料的不同 铸钢阀、铸铁阀,根据介质的性质、操作条件及对阀门的要求等因素确定 物料状态-物性、气/液比、挥发性、凝点、粘度、腐蚀性、毒性、易燃易爆性 操作条件-温度、压力、开停工或再生、允许压降 阀门功能 阀门在结构设汁、材料选用和制造技术、加工精度和性能检验也比较严格,注：符号表示：O适用；可用；适当可用；不适用。,闸阀由阀体、阀盖、闸板、阀杆、手轮等零件组成 明杆闸阀：闸板随阀杆一起作直线运动 升降杆上有梯形螺纹，通过阀门顶端的螺母以及阀体上的导槽，将旋转运动变为直线运动 大口径或高中压阀门只有明杆 暗杆闸阀：闸板随阀杆启闭只是旋转使闸板升降，阀杆位置无变化 DN50以下的低压的无腐蚀介质阀门常采用暗杆。 全开位置 闸板提升高度等于阀门通径的1：1倍，流体的通道完全畅通 以阀杆的顶点作为标志，即开不动的位置 考虑温度变化出现锁死现象，在开到顶点位置上，再倒回 1/21圈,流体阻力小 闸阀阀体内部介质通道是直通的，介质流经闸阀时不改变其流动方向 启闭较省力 启闭时闸板运动方向与介质流动方向相垂直，与截止阀相比、闸阀的启闭较为省力 介质流动方向一般不受限制 介质可从闸阀两侧任意方向流过，均能达到接通或截断的目的 便于安装，适用于介质的流动方向可能改变的管路中 闸阀只能作全开和全关 , 不能作调节和节流。,截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿流体的中心线作直线运动 阀杆的运动形式，有升降杆式（阀杆升降，手轮不升降），也有升降旋转杆式（手轮与阀杆一起旋转升降，螺母设在阀体上） 允许作调节和节流 特点： 结构简单，制造和维修比较方便 工作行程小，启闭时间短 密封性好，密封面间磨擦力小，寿命较长,直通式和直流式的截止阀、节流阀可安装在水平或垂直管道上，角式截止阀和节流阀需安装在垂直相交的管道上 安装时要注意阀体的指示方向与介质的流向一致 流体向上流过阀座，阀座上有沉积物时影响严密性，不用于含悬浮固体的流体 DNl50以上时，其价格与闸阀相比要贵些。节流性能也差些，只用于DNl50及以下,止回阀用于需要防止流体逆向流动的场合，介质顺流时开启，逆流时关闭 旋启式 升降式 轴流式（喷咀）,阀瓣呈圆盘状，绕阀座通道的转轴作旋转运动 阀内通道成流线形，流动阻力比直通式升降止回阀小，适用于大口径的场合 密封性能不如升降式，适用于低流速和流动不常变动的场合，不宜用于脉动流。,结构与截止阀相似，阀体和阀瓣与截止阀相同 阀瓣上部和阀盖下部加工有导向套筒，阀瓣导向筒可在阀盖导向筒内自由升降 在阀瓣导向筒部或阀盖导向套筒上部加工有泄压孔，当阀瓣上升时，排出套筒内的介质，降低阀瓣开启时的阻力 按管道的安装位置分为两种 直通式：介质停止流动时，阀瓣靠自重降落在阀座上可阻止介质倒流 立式升降式：介质进出口通道方向与阀座通道方向相同，其流动阻力小,在管道系统中防止流体倒流危害，保护机械设备 即具一般止回阀功能，又具备低噪音、低压降、快速反应优点 工厂重要部位使用，XAE004-021，18台,直通式升降止回阀安装在水平管道上 立式升降止回阀和底阀安装在垂直管道上，要求介质自下而上流动 旋启式止回阀安装在水平管道上，也可安装在垂直管道或倾斜管道上 小口径管道上选用升降式止回阀，大口径管道上选用旋启式止回阀 安装止回阀时要注意介质流动方向与止回阀箭头指示方向一致,球阀的阀瓣为一中间有通道的球体，球体围绕自己的轴心线作90旋转以达到启闭 具有快速启闭的特点 根据结构原理可分浮动球和固定球两种。,由阀体、球体、密封圈、阀杆及驱动装置组成 球体 启闭件，要求有较高精度和光洁度 浮动球球阀的球体是可以浮动的，在介质压力作用下球体被压紧到出口侧的密封圈上，保证密封。但其启闭力矩较大 固定球式球阀的球体被上下两端的轴承固定，只能转动，不能产生水平位移,用于需要快速启闭或要求阻力小的场合 用于高压管道和低压力降的管道 其使用寿命长，启闭省力。适用于较大口径及压力较高的场合 由于节流可能造成密封件或球体的损坏，一般不用球阀节流 全通道球阀不适用于调节流量,蝶阀是采用圆盘式启闭件，圆盘状阀瓣固定于阀杆上 阀杆旋转90可完成启闭作用，操作简便 当阀瓣开启角度在2075间时，流量与开启角度成线性关系，这就是蝶阀的节流特性,蝶阀是由阀体、圆盘、阀杆和手柄组成 圆盘(阀瓣) 中心对称置圆盘 阀杆与圆盘均垂直放置，圆盘通过自身中心的旋转轴依靠紧配合或固定销与圆盘固定在一起。其阻流面积小，阻力降小，密封面易擦伤和受压，使用期较短、但容易更换 偏置圆盘 阀杆与圆盘都垂直放置，但支承轴与圆盘的旋转轴中心线不重合，而是位于阀杆的一侧。流通面积小，阻力大。但其密封性能较高，维修方便 斜置圆盘 阀杆垂直放置，而圆盘倾斜放置。其密封性能好。但密封圈加工和维修较困难。,在许多场合蝶阀取代了截止阀和自控系统的调节阀，特别是在大流量调节场合 可广泛用于操作压力2.0Mpa，工作温度200以下的输送各种介质 水、油品、气体、液体、浆液、悬浮液的管道上的截流和调节流量。,低温阀门主要用于介质温度-40 -196的阀门 低温球阀、低温闸阀、低温截止阀 输送介质易燃、易爆、渗透性强的介质，如乙烯，液化天然气、 LNG储罐 介质在升温时要气化，气化时体积可膨胀数百倍。,低温条件下，材料的抗拉强度和硬度提高，塑性和韧性降低，呈现低温脆性 材质不合格，会造成壳体及密封面的外漏或内漏；零部件的综合机械性能、强度和钢度满足不了使用要求甚至断裂。导致介质泄漏引起爆炸 基木要求： 所有低温材料部件在精加工之前必须进行深冷处理，以减小低温阀门在低温工况下的收缩变形。,阀体、阀盖、阀座、启闭件 温度高于-100选用铁素体不锈钢，温度低于-100时选用奥氏体不锈钢 阀杆 奥氏体不锈耐酸钢制造，经热处理，以提高抗拉强度，镀硬铬（镀层厚度0.040.06mm），或进行渗氮处理，以提高表面硬度 紧固件 温度高于-100时，螺栓采用Ni、Cr-Mo等合金钢，经热处理，以防止螺纹咬伤；温度低于-100时，螺栓材料用奥氏体不锈钢。螺母材料采用Mo钢或Ni钢 垫片 使用温度高于-196，低温最高使用压力为5MPa时，采用不锈钢带石棉缠绕式垫片、不锈钢带聚四氟乙烯缠绕式垫片或不锈钢带膨胀石墨缠绕式垫片。,长颈阀盖 介质温度的降低容易在填料函处产生泄漏和结冰，阀门阀盖长颈结构，填料避开低温区，提高填料的使用性能和使用寿命。,当阀芯关闭后，残留在阀体中腔的低温介质从周围环境中大量吸收热量，迅速汽化，在阀体内产生很高的压强 异常升压可能将闸板紧紧地压在阀座上，导致闸板卡死，使阀门不能正常工作，也可能冲坏填料和法兰垫片，甚至引起阀体爆炸。 阀门中腔的泄压： 采用泄压孔防止异常升压，泄压孔开设位置视阀门结构而定。,深冷处理是为了减小材料由于温差和在低温下金相组织改变而产生变形，从而提高阀门在低温时的密封性能的一种处理方法 将被处理的零件放入冷却介质中