高硫天然氣集輸工程用高壓平板閘閥結構的分析與選用

1、概述

　　目前，國內含高硫化氫天然氣田得到了有序的開(kāi)發(fā)和拓展，高硫天然氣田中一般含有12.31% ～17.05%H2S、7.89% ～ 10.53% CO2，其地層水中氯離子(CL-) 含量為28 ～ 65g /l，原料氣中含有0.346g /m3 的有機硫，其中硫氧碳為316. 2mg/m3、甲硫醇為22.8mg/m3、乙硫醇為1.6mg/m3，并含飽和水蒸汽等。氣田集輸工程中抗高硫高酸天然氣用高壓平板閘閥和截止閥是工程系統的關(guān)鍵設備。

2、工藝參數

　　公稱(chēng)壓力　CL150 ～ 2 500

　　公稱(chēng)通徑　DN25 ～ 500

　　介質(zhì)溫度　-35 ～ 60℃

　　連接形式　法蘭

3、產(chǎn)品分析

　　3.1、結構特性

　　高壓抗高硫高酸特殊平板閘閥( 圖1) 采用單閘板硬密封結構。浮動(dòng)閥座具有自清洗功能，保證雜物不能進(jìn)入閥座后面，并具有防火和防靜電功能。閥門(mén)的上、下閥腔無(wú)介質(zhì)沉積，確保閥桿與閥體之間或閥桿、閥體和閘板之間為能導電的防靜電結構，防靜電電路的電阻小于10Ω。為確保H2S 不能從閥體與閥蓋( 填料箱) 間產(chǎn)生泄漏，閥門(mén)中法蘭采用內壓自密封結構時(shí)，應采用金屬密封結構。閥桿密封采用Inconel 718 + 柔性石墨與填料隔環(huán)內外加O形圈密封結構。

　　閥桿設計成在介質(zhì)壓力作用下拆開(kāi)閥桿密封圈時(shí)，閥桿不脫出的結構。閥桿有良好的外部保護措施，防止外部物質(zhì)進(jìn)入閥桿的密封處。閥蓋的密封采用壓力自緊式密封，以有效的防止泄漏，密封材料具有抗硫性。閥桿帶有上密封，填料滿(mǎn)足現場(chǎng)最高和最低設計溫度的要求，并且確保不會(huì )發(fā)生泄漏。閘板與閥座采用金屬對金屬密封，閘板與閥座間具有硬度差，以滿(mǎn)足金屬密封要求。試驗和檢驗符合API 598 和ISO 5208 的相關(guān)要求，最大允許泄漏量滿(mǎn)足API 598 零泄漏要求。閥桿及閥體中法蘭密封應根據ISO 15848-2 進(jìn)行微泄漏檢驗，泄漏等級應滿(mǎn)足ISO 15848-2 規定的B 級泄漏要求。

圖1 2 500 磅級抗高硫平板閘閥

　　3.2、主體材料

　　輸送介質(zhì)為高硫天然氣時(shí)，平板閘閥( 含高壓截止閥) 閥體和閥蓋采用抗高硫的專(zhuān)門(mén)冶煉的優(yōu)質(zhì)抗硫WCB、WCC、LCC 或鎳基合金INCOLOY825等。用于抗高硫腐蝕用WCB WCC 的閥門(mén)主體材料采用電弧爐或精煉爐冶煉的低碳、低磷和超低硫的細晶粒的全鎮靜純凈鋼。冶煉、鑄造時(shí)應對其夾雜物進(jìn)行嚴格地控制，使其鑄件金相組織可能出現非金屬夾雜物為最小，并且不能有明顯的柱狀偏析�？沽蚋�蝕鑄鋼WCB 的化學(xué)成分中，C≤0.22%，S≤0.015%，P≤0.020%，其碳當量[CE]< 0.42%�？沽蚋�蝕鑄鋼WCB 的熱處理為退火或正火+ 高溫回火，以獲得均勻的抗硫性能良好的回火索氏體。在顯微組織中，不允許有未回火的馬氏體組織存在。鑄鋼件熱處理后，其硬度不大于200HB。鑄件滿(mǎn)足

　　抗高硫腐蝕和高氯離子等的腐蝕及通過(guò)SSC 和HIC 試驗，鑄造、冶煉時(shí)控制抗硫腐蝕鋼的化學(xué)成分及熱處理工藝等。S 含量應控制在超低硫≤0.012%的范圍內，同時(shí)因為C 是增加抗高硫鋼的強度和硬度并增大鋼的裂紋傾向的關(guān)鍵元素，應控制在規定的范圍內。

　　3.3、防火試驗及微泄漏檢驗

　　抗高硫平板閘閥必須按API 6FA 標準對各壓力等級、公稱(chēng)尺寸全范圍的實(shí)施，并進(jìn)行實(shí)物閥門(mén)的防火試驗的檢驗，同時(shí)閥門(mén)出廠(chǎng)前要按ISO 15848-2 規定的B 級要求進(jìn)行微泄漏檢驗。

　　3.4、鑄件和鍛件無(wú)損檢驗

　　集輸工程抗高硫天然氣用平板閘閥( 含截止閥) 的關(guān)鍵制造工藝是抗高硫鋼的冶煉和鑄造，抗高硫鋼應滿(mǎn)足企業(yè)內控標準。閥門(mén)均應100% 毛坯射線(xiàn)探傷，其結果不應有Ⅱ級以下的缺陷，鍛件實(shí)施100%的超聲波探傷檢驗。

4、供貨要求

　　閥門(mén)供貨商應有近年來(lái)在國內外為至少2個(gè)天然氣集輸工程的同類(lèi)閘閥供貨業(yè)績(jì)，或其他相關(guān)領(lǐng)域中的閘閥供貨業(yè)績(jì)。供貨商需遞交閥門(mén)的實(shí)際應用證明，并提供近5年來(lái)不小于本項目直徑和壓力等級的產(chǎn)品在國內外天然氣集輸工程項目服務(wù)過(guò)1年以上的合同或業(yè)績(jì)證明，還應證明其所提供的產(chǎn)品能夠長(cháng)期地和安全地運行。供貨的閥門(mén)閥體材料可以選擇工程評定或試驗評定方法中的一種作為所供產(chǎn)品的抗硫依據。

　　4.1、工程評定

　　供貨商應提供用相同工藝生產(chǎn)的同類(lèi)材料使用在苛刻程度不低于本項目的類(lèi)似工程的業(yè)績(jì)，而且保證材料在工程中連續使用的時(shí)間在2 年以上，并且檢查后狀況良好。供貨商應能夠提供可追溯的詳細證明文件，且應包括工程的相關(guān)內容。

　�、俟こ痰拿�稱(chēng)、地點(diǎn)及供貨時(shí)間。工程介質(zhì)的組分表( 至少包括H2S和CO2的含量) 。

　�、诮橘|(zhì)是否為濕氣。

　�、巯到y操作壓力和溫度。

　�、芩�用材料、所用材料的連續使用時(shí)間及當前材料的狀態(tài)( 如沒(méi)有任何開(kāi)裂和裂紋等) 。

　�、葑C明文件應帶有用戶(hù)( 或其他第3 方) 的簽字和聯(lián)系方式等。如供貨商能提供所要求的業(yè)績(jì)，可以對閥門(mén)閥體材料按照要求進(jìn)行HIC 試驗。驗標準為NACE TM0284-2003，試驗溶液為NACE規定的A溶液，試驗時(shí)間為96h，試驗頻次為前三爐和以后每10 爐一批次，驗收標準為CLR≤15%、CTR≤5%和CSR≤2%。

　　4.2、試驗評定

　　如果供貨商無(wú)法提供相關(guān)的工程業(yè)績(jì)，則需要按照要求對材料進(jìn)行HIC 和SSC 試驗( 表1) 。

表1 評定試驗

　�、偎�有的碳鋼閥門(mén)配對法蘭的材料限定見(jiàn)SPE- 0100ME20- 01《用于強酸介質(zhì)的閥門(mén)配對法蘭及緊固件》，符合NACE MR0175/ISO 15156、ASMEB16.5 和ASME B16.47 的要求。制造商應充分考慮閥內件與閥體的電偶腐蝕問(wèn)題。

　�、诰�口至加熱爐前放空管線(xiàn)上的閘閥，閥門(mén)上、下游管線(xiàn)材質(zhì)為A333 Gr.6，則配對法蘭要求為ASTM A350 LF2 抗硫鍛件，符合NACE MR0175 /ISO15156 的標準要求。

5、結語(yǔ)

　　抗高硫天然氣集輸工程用高壓平板閘閥和截止閥是一種用于高硫、高氯離子和二氧化碳及飽和水等極為惡劣工況中的特殊抗蝕閥門(mén)，其鑄件不分壓力高低均要100% 的進(jìn)行射線(xiàn)探傷檢驗，并且不得有低于Ⅱ級的片子，鍛件要100% 作超聲波探傷檢驗。閥門(mén)成品要作氦微泄漏檢驗，鑄件要通過(guò)SSC和HIC 檢驗。成品閥門(mén)還必須進(jìn)行全壓力級、全公稱(chēng)尺寸范圍復蓋的實(shí)物防火試驗檢驗�？垢吡蛱烊粴馄桨彘l閥和截止閥，已成功地用于四川高硫化氫天然氣田集輸工程。

參考文獻

　　〔1〕樂(lè )精華. 英康乃爾和英康洛依合金及其應用〔J〕. 閥門(mén)，2005( 4) .

　　〔2〕樂(lè )精華. 含硫天然氣開(kāi)采及石油加工裝置的防腐蝕〔J〕. 閥門(mén)，2008( 6) .