加氢阀门研发及应用情况PPT课件.ppt

加氢装置用高压阀门软件包 1 从1992年开始 苏阀致力于加氢装置用高压阀门的研究和产品开发 苏阀对茂石化一台日本进口的加氢阀门进行了大量试验 取得了丰富的一手资料 试验项目包括 阀体母材理化性能分析密封面堆焊层分析断面宏观金相分析晶粒度分析硬度试验等 国内第一家开展加氢阀门研制的企业 十余年潜心研究 积累了丰富经验 加氢装置阀门 技术准备 2 该标准对加氢阀门的材料选择 材料的化学成分及机械性能控制 铸造 锻造 焊接及热处理工艺 无损检测 装配和试验等方面进行了明确规定 已成为国内设计和采购加氢阀门的一部具有权威的指导性规范 得到了众多阀门制造企业和设计院的认可 2000年苏阀与洛阳院共同制定了加氢阀门行业规范 该标准的出台 从理论和实践上加快了加氢阀门国产化步伐 加氢装置阀门 技术准备 3 加氢装置阀门工况分析 1 高温高压 介质温度高 最高550 介质压力高 最高42MPa2 易燃易爆 氢气或油气 氢气 硫化氢 3 临氢 并伴随硫化氢 介质腐蚀性强常温下 H 引起的金属材料变性 恶化 H2S的应力腐蚀 SSC 高温下 H 对金属内外部脱碳和H2S的快速均匀腐蚀氯离子与H2共同作用加速应力腐蚀开裂 加氢装置阀门 研发概况 4 加氢装置阀门设计标准 1 加氢阀门的设计制造应符合API600 BS1868 BS1873 ASMEB16 34 NACEMR0175及 规定 2 阀门的结构长度应符合ASMEB16 10规定 3 法兰连接的阀门其端部尺寸应符合ASMEB16 5规定 对焊端连接的阀门其端部尺寸应符合ASMEB16 25规定 承插焊连接的阀门其端部尺寸应符合ASMEB16 11规定 4 阀门的检查和试验应符合API598规定 试验时间为规定时间的两倍 并全数 100 用液体作高压密封试验 用0 6MPa作气压密封试验 加氢装置阀门 研发概况 5 加氢装置阀门的主要参数 阀门类型 闸阀 截止阀 止回阀公称通径 1 2 24 1 2 8 阀门主体材料为锻件 8 24 阀门主体材料为铸件 公称压力 900lb 2500lb主体材质 A105 WCB F321 CF8C F11 WC6 F22 WC9 F304L CF3等适用介质 氢气 硫化氢及油品的混合物 加氢装置阀门 研发概况 6 加氢装置阀门的主要参数 加氢装置阀门 研发概况 7 1 2 1 1 2 锻钢闸阀 加氢装置阀门 产品结构图 8 2 8 锻钢闸阀 加氢装置阀门 产品结构图 9 10 20 铸钢闸阀 加氢装置阀门 产品结构图 10 1 2 2 锻钢截止阀 加氢装置阀门 产品结构图 1 2 2 锻钢Y型截止阀 11 加氢装置阀门 产品结构图 3 8 锻钢截止阀 3 8 锻钢Y型截止阀 12 加氢装置阀门 产品结构图 10 12 铸钢截止阀 10 20 铸钢Y型截止阀 13 1 2 1 1 2 锻钢止回阀 加氢装置阀门 产品结构图 14 2 8 锻钢止回阀 加氢装置阀门 产品结构图 15 10 20 铸钢止回阀 加氢装置阀门 产品结构图 16 加氢装置阀门材料选择的基本原则 加氢阀门腐蚀严重 是多种腐蚀共同作用的结果 因此必须根据不同的介质环境 如PH值 H2S浓度和温度分别选用抗SSC及HIC性能较好的材料 根据我公司多年来为国内大中型加氢装置阀门配套以及与部分石化设计院共同研究的经验 形成了如下材料选择的基本原则 对温度 350 的湿H2S介质系统环境 可选用一般碳钢 如WCB A105 或合金钢 如WC6 F11 WC9 F22 对高温 350 特别是高温H2 H2S环境 所选材料的腐蚀速率不宜超过0 25mm a 此外 还需考虑H 离子对金属材料脱碳的影响 可选用CF8C F321 F347 等稳定型奥氏体不锈钢或CF3 F304L等超低碳奥氏体不锈钢 加氢装置阀门 研发概况 17 加氢装置阀门材料配对的基本原则 主体材料为WCB A105阀门的基本材料配对原则 阀体 ASTMA216WCB ASTMA105填料箱 ASTMA105阀座 ASTMA105 STL6阀瓣 闸板 ASTMA216WCB STL6或ASTMA105 STL6阀杆 ASTMA182F6aCL2密封圈 柔性石墨圈 304中法兰螺栓 螺母 ASTMA193B7M ASTMA1942HM填料 含碳量 99 7 耐温 610 摩擦系数 0 1 缓蚀剂耐温 700 不锈钢丝 0 1mm 每股内含钢丝数 3根 加氢装置阀门 研发概况 18 加氢装置阀门材料配对的基本原则 主体材料为WC6 F11阀门的基本材料配对原则 阀体 ASTMA217WC6 ASTMA182F11CL2填料箱 ASTMA182F11CL2阀座 ASTMA182F11CL2 STL6阀瓣 闸板 ASTMA217WC6 STL6或ASTMA182F11CL2 STL6阀杆 ASTMA182F6aCL2密封圈 柔性石墨圈 304中法兰螺栓 螺母 ASTMA193B16 ASTMA1944填料 含碳量 99 7 耐温 610 摩擦系数 0 1 缓蚀剂耐温 700 不锈钢丝 0 1mm 每股内含钢丝数 3根 加氢装置阀门 研发概况 19 加氢装置阀门材料配对的基本原则 主体材料为CF8C F321 F347 阀门的基本材料配对原则 阀体 ASTMA351CF8C ASTMA182F321 F347 填料箱 ASTMA182F321 F347 阀座 ASTMA182F321 F347 STL6阀瓣 闸板 ASTMA351CF8C STL6或ASTMA182F321 F347 STL6阀杆 ASTMA182F321 F347 密封圈 柔性石墨圈 321 F347 中法兰螺栓 螺母 ASTMA193B8 ASTMA1948填料 含碳量 99 7 耐温 610 摩擦系数 0 1 缓蚀剂耐温 700 不锈钢丝 0 1mm 每股内含钢丝数 3根 加氢装置阀门 研发概况 20 加氢装置阀门的结构关键点 减少应力集中区域 防止应力腐蚀在结构设计时对拐角区 最大限制的加大过渡区圆角半径 使阀体壁厚从小到大平缓过渡 对所有的与介质接触的承压部件设计时不得出现尖角 全部用圆角过渡 该做法可以防止由于介质中的H2S浓度 PH值和应力等因素造成阀门应力集中薄弱区域出现硫化物应力腐蚀裂纹 SSC 的情况 加氢装置阀门 研发概况 21 加氢装置阀门的结构关键点 密封性能的保证阀门中腔密封采用柔性石墨复合圈 外部采用包边包角的结构 防止柔性石墨复合圈在高温高压下被挤出 内部采用金属丝网加强的结构 保证柔性石墨复合圈的承压和成形能力 加氢装置阀门 研发概况 22 加氢装置阀门的设计计算 设计中 我们不仅参考了相关ASME API BS标准对阀门的密封比压 开关力矩计算以及主要零件进行强度分析 还利用核级阀门的研制经验率先引入了核电阀门相应规范中的应力分析法对加氢阀门承压壳体的形状规则 一次和二次应力分布情况进行了仔细分析和计算 加氢装置阀门 阀门计算分析 23 加氢装置阀门的实体造型 利用从美国引进的I DEAS等三维分析软件进行了实体造型和装配模拟 以检查零件间有无干涉 间隙是否合理 加氢装置阀门 阀门计算分析 24 加氢装置阀门的有限元分析 对主要零件 如阀体 阀盖 进行三维应力和应变的分析 并将此模拟分析与理论计算进行互相对比论证 提高分析的效率和准确性 寻找薄弱环节 从而改进设计 模型网格划分 压力边界和载荷 加氢装置阀门 阀门计算分析 25 加氢装置阀门的有限元分析 应力分布图 应变分布图 对主要零件 如阀体 阀盖 进行三维应力和应变的分析 并将此模拟分析与理论计算进行互相对比论证 提高分析的效率和准确性 寻找薄弱环节 从而改进设计 加氢装置阀门 阀门计算分析 26 加氢装置阀门的铸造工艺 我厂于94年对加氢阀门铸件质量进行攻关起 历经数年的时间 进行无数次试验 先后动用了上钢五厂的真空炉 上海大隆厂的VOD炉 以及AOD炉等设备 聘请了日本铸造专家 邦夫 佐佐木 进行讲课和座谈 终于在97年底获得成功 我们在研制过程中逐步从工艺 型砂 冶炼等方面 通过修改浇冒口 木模 浇铸方法 更换型砂 采用扫描电镜分析裂纹断面 断裂机理 能谱分析 成份改变等方法解决了加氢阀门厚壁铸件质量疏松 平均分布铁素体含量减缓裂纹扩展等一系列的铸件质量问题 加氢装置阀门 关键工艺与检测 27 加氢装置阀门的锻造工艺 锻造阀体与铸造阀体相比 组织致密 质量易保证 表面质量好 但大口径阀门锻造较困难 我们在锻造前经反复试验 收集数据 然后确定锻造工艺 锻造时严格控制始锻温度 终锻温度 变形程度和变形速度 按工艺规程规定的冷却方法进行冷却 对锻成品进行化学分析 拉伸试验 冲击试验 硬度试验 晶粒度测定 非金属夹杂物检验 晶间腐蚀检验等 经分析 试验 测定 确保了材质符合设计要求 加氢装置阀门 关键工艺与检测 28 加氢装置阀门的焊接工艺 密封面堆焊层的质量对阀门的密封性是至关重要的 首先 我厂对由中石化茂名石化分公司提供的从日本进口的一台加氢阀门进行了一系列的分析试验 对中腔密封面处的母材 堆焊层作化学成份分析 断面宏观金相分析及硬度试验 通过试验分析确定中腔堆焊材料 并对此进行了多次焊接工艺评定试验 取得了经验 在焊接上总共累计进行大小试验数十次 获取有价值的数据近百个 从而制定了最为合适的工艺流程 使铸件本体 补焊区及补焊热影响区通过检验都符合了加氢阀门的要求 加氢装置阀门 关键工艺与检测 29 加氢装置阀门的无损检验 加氢阀门无损检测立足于ASME规范 但在检测方法 检测部位 验收和评定等级等方面的又超越了ASME规范 以满足加氢工况对材料的苛刻要求 对于铸件和锻件 除了进行射线检查和超声波检查外 还进行了全表面磁粉检查和液体渗透检查 以控制裂纹和微裂纹 消除应力腐蚀的潜在根源 加氢装置阀门 关键工艺与检测 30 加氢装置阀门的高压气密封试验 2009年我公司引进了的阀门高压气泵装置 为加氢阀门的检测手段又增添的一个新的途径 高压气密封试验 高压气泵试验压力范围 0 42MPa高压气泵设备能力范围 2 DN 10 900lb PN 1500lb 2 DN 8 PN 2500lb 加氢装置阀门 关键工艺与检测 加氢装置阀门的中腔密封试验 中腔密封试验是用以验证阀门密封圈与填料箱 密封圈与阀体内腔之间密封面的密封性能 确保加氢阀门的可靠性 加氢装置阀门的样机模拟试验 加氢装置阀门样机在我公司高温高压实验室按350 17MPa进行高温高压试验 以考证其结构的可靠性 31 加氢阀门在质量控制方面目前没有统一的规范 每个制造商根据自己对此类阀门安全性的自创判定质量控制规范 苏阀根据自身对加氢阀门安全性的理解以及多年制造核电阀门的经验创造性地将核级阀门质保体系应用于加氢阀门 确保产品质量 参考ASME第三卷核级阀门质量保证的要求 建立了加氢阀门的质量控制管理体系 按照节点控制体系 每台加氢阀门都有完整的一台一档的质量文件 阀门主要零件都具有可追溯性和质量保证 加强对于铸造工艺 锻造工艺 焊接热处理 无损检验以及金相 性能试验等关键工序控制 一个制造节点满足控制要求后再转入下一个制造节点 每个零件根据功能及安全性要求在制造过程中分成若干控制节点 加氢装置阀门 质量控制 32 加氢装置阀门的零件功能分类 我们将加氢阀门的各零件根据其在产品结构中的功能及对产品性能 寿命 可靠性 安全性 互换性影响的大小分为 关键 重要 一般 三类进行分类管理 分类原则如下 A级件 关键件 为阀门的承压件及主要功能件 这些零件的损坏将导致介质外泄或内漏 从而导致严重后果 包括 阀体 阀盖 填料箱 闸板 阀瓣 中法兰紧固件 阀杆 B级件 重要件 除关键件之外的所有可导致介质外泄或内漏的零件 包括 阀座 中法兰金属垫片 密封圈等压力边界上的零件 四开环 销轴 摇杆 阀杆螺母等 C级件 一般件 除关键件和重要件之外的所有零件 包括 支架 密封座 压套 压板等其余零件 加氢装置阀门 质量控制 33 加氢装置阀门的铸件质量控制 硫磷有害杂质元素的含量应分别小于0 02 每批铸件至少抽检一次化学成分和机械性能试验 试验结果应符合ASTM标准要求 铸造工艺评定每批铸件应抽检一次金相结构和侵蚀试验 试验按ASTME381标准进行 碳素钢晶粒度不低于ASTME112标准中5级要求 不锈钢晶粒度不低于ASTME112标准中7级要求 无枝晶和柱状组织 非金属夹带物不低于ASTME45标准 无尺寸大于ASTME45标准中2 5级的偏析和带状不均匀组织 无条状夹渣和裂纹 加氢装置阀门 质量控制 34 加氢装置阀门的铸件质量控制 外观检查应逐件进行 且不低于MSSSP 55标准中B级要求 承压铸件应逐件进行射线探伤 检查方法和质量评定按ASMEB16 34 MSSSP 54标准进行 气孔 A 不小于2级 夹砂 B 不小于2级 缩孔 CA CB CC CD 不小于2级 热裂纹和冷裂纹 D E 无 夹杂 麻孔 F G 无 加氢装置阀门 质量控制 35 加氢装置阀门 质量控制 加氢装置阀门的铸件质量控制 承压碳素钢铸件应逐件进行磁粉探伤 检查按ASTME709标准进行 无任何热裂纹和冷裂纹 任何线性显示的长度不大于2mm 单个圆形缺陷的尺寸不大于4mm 密集缺陷 指尺寸小于0 5mm的集中缺陷 累积长度在任何100mmX100mm的面积中不大于2mm 36 加氢装置阀门 质量控制 加氢装置阀门的铸件质量控制 承压不锈钢铸件应逐件进行液体渗透探伤 检查按ASTME165标准进行 无任何热裂纹和冷裂纹 任何线性显示的长度不大于2mm 单个圆形缺陷的尺寸不大于4mm 密集缺陷 指尺寸小于0 5mm的集中缺陷 累积长度在任何100mmX100mm的面积中不大于2mm 奥氏体不锈钢材料每批应抽检一次晶间腐蚀试验 试验方法和试验结果应符合ASTMA262中E法的要求 37 加氢装置阀门的锻件质量控制 硫磷有害杂质元素的含量应分别小于0 02 每批锻件至少抽检一次化学成分和机械性能试验 试验结果应符合ASTM标准要求 每批锻件应抽检一次金相结构和侵蚀试验 试验按ASTME381标准进行 碳素钢晶粒度不低于ASTME112标准中5级要求 不锈钢晶粒度不低于ASTME112标准中7级要求 无枝晶和柱状组织 非金属夹带物不低于ASTME45标准 无尺寸大于ASTME45标准中2 5级的偏析和带状不均匀组织 无条状夹渣和裂纹 加氢装置阀门