加氫閥門研發(fā)及應(yīng)用情況

加氫裝置用高壓閥門軟件包從1992年開始，蘇閥致力于加氫裝置用高壓閥門的研究和產(chǎn)品開發(fā)。蘇閥對茂石化一臺日本進口的加氫閥門進行了大量試驗，取得了豐富的一手資料。試驗項目包括：閥體母材理化性能分析密封面堆焊層分析斷面宏觀金相分析晶粒度分析硬度試驗等國內(nèi)第一家開展加氫閥門研制的企業(yè)

——十余年潛心研究，積累了豐富經(jīng)驗加氫裝置閥門

—技術(shù)準備該標(biāo)準對加氫閥門的材料選擇，材料的化學(xué)成分及機械性能控制，鑄造、鍛造、焊接及熱處理工藝、無損檢測、裝配和試驗等方面進行了明確規(guī)定。<<加氫處理裝置用高壓閥門制造技術(shù)規(guī)范>>已成為國內(nèi)設(shè)計和采購加氫閥門的一部具有權(quán)威的指導(dǎo)性規(guī)范，得到了眾多閥門制造企業(yè)和設(shè)計院的認可。

2000年蘇閥與洛陽院共同制定了加氫閥門行業(yè)規(guī)范——<<加氫處理裝置用高壓閥門制造技術(shù)規(guī)范>>，該標(biāo)準的出臺，從理論和實踐上加快了加氫閥門國產(chǎn)化步伐。加氫裝置閥門

—技術(shù)準備加氫裝置閥門工況分析：1.高溫高壓；介質(zhì)溫度高：最高550℃介質(zhì)壓力高：最高42MPa2.易燃易爆（氫氣或油氣＋氫氣＋硫化氫）3.臨氫（并伴隨硫化氫），介質(zhì)腐蝕性強常溫下：H+引起的金屬材料變性（惡化）H2S的應(yīng)力腐蝕（SSC）高溫下：H+對金屬內(nèi)外部脫碳和H2S的快速均勻腐蝕氯離子與H2共同作用加速應(yīng)力腐蝕開裂

加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門設(shè)計標(biāo)準：1.加氫閥門的設(shè)計制造應(yīng)符合API600、BS1868、BS1873、ASMEB16.34、NACEMR0175及<<加氫處理裝置用高壓閥門制造技術(shù)規(guī)范>>規(guī)定。2.閥門的結(jié)構(gòu)長度應(yīng)符合ASMEB16.10規(guī)定。3.法蘭連接的閥門其端部尺寸應(yīng)符合ASMEB16.5規(guī)定；

對焊端連接的閥門其端部尺寸應(yīng)符合ASMEB16.25規(guī)定；承插焊連接的閥門其端部尺寸應(yīng)符合ASMEB16.11規(guī)定。4.閥門的檢查和試驗應(yīng)符合API598規(guī)定。試驗時間為規(guī)定時間的兩倍，并全數(shù)（100%）用液體作高壓密封試驗，用0.6MPa作氣壓密封試驗。加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門的主要參數(shù)：閥門類型：閘閥、截止閥、止回閥公稱通徑：1/2”～24”1/2”～8”閥門主體材料為鍛件；8”～24”閥門主體材料為鑄件。公稱壓力：900lb～2500lb主體材質(zhì)：A105/WCB、F321/CF8C、F11/WC6、F22/WC9、F304L/CF3等適用介質(zhì):氫氣、硫化氫及油品的混合物加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門的主要參數(shù)：加氫裝置閥門

—研發(fā)概況閥門類型閘閥截止閥截止止回閥Y型截止閥止回閥公稱通徑1/2"～20"1/2"～12"1/2"～12"1/2"～20"1/2"～20"其中1/2“～8”閥門采用鍛件結(jié)構(gòu)，8"以上采用鑄件結(jié)構(gòu)公稱壓力900～2500lb主體材質(zhì)WCB/A105、CF8C/F321(F347)、WC6/F11、WC9/F22、CF3/F304L等適用介質(zhì)氫氣、硫化氫及油品的混合物1/2”～1-1/2”鍛鋼閘閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖2”～8”鍛鋼閘閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖10”～20”鑄鋼閘閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖1/2”～2”鍛鋼截止閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖1/2”～2”鍛鋼Y型截止閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖3”～8”鍛鋼截止閥3”～8”鍛鋼Y型截止閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖10”～12”鑄鋼截止閥10”～20”鑄鋼Y型截止閥1/2”～1-1/2”鍛鋼止回閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖2”～8”鍛鋼止回閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖10”～20”鑄鋼止回閥加氫裝置閥門

—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖加氫裝置閥門材料選擇的基本原則：加氫閥門腐蝕嚴重，是多種腐蝕共同作用的結(jié)果，因此必須根據(jù)不同的介質(zhì)環(huán)境，如PH值、H2S濃度和溫度分別選用抗SSC及HIC性能較好的材料。根據(jù)我公司多年來為國內(nèi)大中型加氫裝置閥門配套以及與部分石化設(shè)計院共同研究的經(jīng)驗，形成了如下材料選擇的基本原則：對溫度≤350℃的濕H2S介質(zhì)系統(tǒng)環(huán)境，可選用一般碳鋼（如WCB/A105）或合金鋼（如WC6/F11、WC9/F22）。對高溫（≥350℃），特別是高溫H2+H2S環(huán)境，所選材料的腐蝕速率不宜超過0.25mm/a。此外，還需考慮H+離子對金屬材料脫碳的影響?？蛇x用CF8C/F321(F347)等穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼或CF3/F304L等超低碳奧氏體不銹鋼。加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門材料配對的基本原則：主體材料為WCB/A105閥門的基本材料配對原則：

閥體：ASTMA216WCB/ASTMA105

填料箱：ASTMA105

閥座：ASTMA105+STL6

閥瓣(閘板)：ASTMA216WCB+STL6或ASTMA105+STL6

閥桿：ASTMA182F6aCL2

密封圈:柔性石墨圈+304

中法蘭螺栓/螺母：ASTMA193B7M/ASTMA1942HM

填料：含碳量＞99.7%；耐溫＞610℃；摩擦系數(shù)＜0.1；緩蝕劑耐溫＞700℃；不銹鋼絲≥0.1mm，每股內(nèi)含鋼絲數(shù)≥3根

加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門材料配對的基本原則：主體材料為WC6/F11閥門的基本材料配對原則：

閥體：ASTMA217WC6/ASTMA182F11CL2

填料箱：ASTMA182F11CL2

閥座：ASTMA182F11CL2+STL6

閥瓣(閘板)：ASTMA217WC6+STL6或ASTMA182F11CL2+STL6

閥桿：ASTMA182F6aCL2

密封圈:柔性石墨圈+304

中法蘭螺栓/螺母：ASTMA193B16/ASTMA1944

填料：含碳量＞99.7%；耐溫＞610℃；摩擦系數(shù)＜0.1；緩蝕劑耐溫＞700℃；不銹鋼絲≥0.1mm，每股內(nèi)含鋼絲數(shù)≥3根

加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門材料配對的基本原則：主體材料為CF8C/F321(F347)閥門的基本材料配對原則：

閥體：ASTMA351CF8C/ASTMA182F321(F347)

填料箱：ASTMA182F321(F347)

閥座：ASTMA182F321(F347)+STL6

閥瓣(閘板)：ASTMA351CF8C+STL6或ASTMA182F321(F347)+STL6

閥桿：ASTMA182F321(F347)

密封圈:柔性石墨圈+321(F347)

中法蘭螺栓/螺母：ASTMA193B8/ASTMA1948填料：含碳量＞99.7%；耐溫＞610℃；摩擦系數(shù)＜0.1；緩蝕劑耐溫＞700℃；不銹鋼絲≥0.1mm，每股內(nèi)含鋼絲數(shù)≥3根

加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點：減少應(yīng)力集中區(qū)域，防止應(yīng)力腐蝕在結(jié)構(gòu)設(shè)計時對拐角區(qū)，最大限制的加大過渡區(qū)圓角半徑，使閥體壁厚從小到大平緩過渡，對所有的與介質(zhì)接觸的承壓部件設(shè)計時不得出現(xiàn)尖角，全部用圓角過渡。

該做法可以防止由于介質(zhì)中的H2S濃度、PH值和應(yīng)力等因素造成閥門應(yīng)力集中薄弱區(qū)域出現(xiàn)硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋（SSC）的情況。加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點：密封性能的保證閥門中腔密封采用柔性石墨復(fù)合圈，外部采用包邊包角的結(jié)構(gòu)，防止柔性石墨復(fù)合圈在高溫高壓下被擠出。內(nèi)部采用金屬絲網(wǎng)加強的結(jié)構(gòu)，保證柔性石墨復(fù)合圈的承壓和成形能力。加氫裝置閥門

—研發(fā)概況加氫裝置閥門的設(shè)計計算：設(shè)計中，我們不僅參考了相關(guān)ASME

、API、BS標(biāo)準對閥門的密封比壓、開關(guān)力矩計算以及主要零件進行強度分析，還利用核級閥門的研制經(jīng)驗率先引入了核電閥門相應(yīng)規(guī)范中的應(yīng)力分析法對加氫閥門承壓殼體的形狀規(guī)則、一次和二次應(yīng)力分布情況進行了仔細分析和計算。加氫裝置閥門

—閥門計算分析加氫裝置閥門的實體造型：利用從美國引進的I-DEAS等三維分析軟件進行了實體造型和裝配模擬，以檢查零件間有無干涉、間隙是否合理。加氫裝置閥門

—閥門計算分析加氫裝置閥門的有限元分析：對主要零件（如閥體、閥蓋）進行三維應(yīng)力和應(yīng)變的分析，并將此模擬分析與理論計算進行互相對比論證，提高分析的效率和準確性，尋找薄弱環(huán)節(jié)，從而改進設(shè)計。模型網(wǎng)格劃分壓力邊界和載荷加氫裝置閥門

—閥門計算分析加氫裝置閥門的有限元分析：應(yīng)力分布圖應(yīng)變分布圖對主要零件（如閥體、閥蓋）進行三維應(yīng)力和應(yīng)變的分析，并將此模擬分析與理論計算進行互相對比論證，提高分析的效率和準確性，尋找薄弱環(huán)節(jié)，從而改進設(shè)計。加氫裝置閥門

—閥門計算分析加氫裝置閥門的鑄造工藝：我廠于94年對加氫閥門鑄件質(zhì)量進行攻關(guān)起，歷經(jīng)數(shù)年的時間，進行無數(shù)次試驗，先后動用了上鋼五廠的真空爐、上海大隆廠的VOD爐、以及AOD爐等設(shè)備，聘請了日本鑄造專家（邦夫、佐佐木）進行講課和座談，終于在97年底獲得成功。我們在研制過程中逐步從工藝、型砂、冶煉等方面，通過修改澆冒口、木模、澆鑄方法、更換型砂、采用掃描電鏡分析裂紋斷面、斷裂機理、能譜分析、成份改變等方法解決了加氫閥門厚壁鑄件質(zhì)量疏松、平均分布鐵素體含量減緩裂紋擴展等一系列的鑄件質(zhì)量問題。加氫裝置閥門

—關(guān)鍵工藝與檢測加氫裝置閥門的鍛造工藝：鍛造閥體與鑄造閥體相比，組織致密、質(zhì)量易保證，表面質(zhì)量好，但大口徑閥門鍛造較困難。我們在鍛造前經(jīng)反復(fù)試驗，收集數(shù)據(jù)，然后確定鍛造工藝，鍛造時嚴格控制始鍛溫度、終鍛溫度、變形程度和變形速度，按工藝規(guī)程規(guī)定的冷卻方法進行冷卻。對鍛成品進行化學(xué)分析、拉伸試驗、沖擊試驗、硬度試驗、晶粒度測定、非金屬夾雜物檢驗、晶間腐蝕檢驗等，經(jīng)分析、試驗、測定、確保了材質(zhì)符合設(shè)計要求。加氫裝置閥門

—關(guān)鍵工藝與檢測加氫裝置閥門的焊接工藝：密封面堆焊層的質(zhì)量對閥門的密封性是至關(guān)重要的。首先，我廠對由中石化茂名石化分公司提供的從日本進口的一臺加氫閥門進行了一系列的分析試驗。對中腔密封面處的母材、堆焊層作化學(xué)成份分析、斷面宏觀金相分析及硬度試驗，通過試驗分析確定中腔堆焊材料，并對此進行了多次焊接工藝評定試驗，取得了經(jīng)驗。在焊接上總共累計進行大小試驗數(shù)十次，獲取有價值的數(shù)據(jù)近百個，從而制定了最為合適的工藝流程，使鑄件本體、補焊區(qū)及補焊熱影響區(qū)通過檢驗都符合了加氫閥門的要求。加氫裝置閥門

—關(guān)鍵工藝與檢測加氫裝置閥門的無損檢驗：

加氫閥門無損檢測立足于ASME規(guī)范，但在檢測方法、檢測部位、驗收和評定等級等方面的又超越了ASME規(guī)范，以滿足加氫工況對材料的苛刻要求。對于鑄件和鍛件，除了進行射線檢查和超聲波檢查外，還進行了全表面磁粉檢查和液體滲透檢查，以控制裂紋和微裂紋，消除應(yīng)力腐蝕的潛在根源。加氫裝置閥門

—關(guān)鍵工藝與檢測加氫裝置閥門的高壓氣密封試驗：

2009年我公司引進了的閥門高壓氣泵裝置，為加氫閥門的檢測手段又增添的一個新的途徑——高壓氣密封試驗。

高壓氣泵試驗壓力范圍：0～42MPa

高壓氣泵設(shè)備能力范圍：2”≤DN≤10”、900lb≤PN≤1500lb；2”≤DN≤8”、PN=2500lb

加氫裝置閥門

—關(guān)鍵工藝與檢測加氫裝置閥門的中腔密封試驗：

中腔密封試驗是用以驗證閥門密封圈與填料箱、密封圈與閥體內(nèi)腔之間密封面的密封性能，確保加氫閥門的可靠性。

加氫裝置閥門的樣機模擬試驗：加氫裝置閥門樣機在我公司高溫高壓實驗室按350℃、17MPa進行高溫高壓試驗，以考證其結(jié)構(gòu)的可靠性。

加氫閥門在質(zhì)量控制方面目前沒有統(tǒng)一的規(guī)范，每個制造商根據(jù)自己對此類閥門安全性的自創(chuàng)判定質(zhì)量控制規(guī)范。蘇閥根據(jù)自身對加氫閥門安全性的理解以及多年制造核電閥門的經(jīng)驗創(chuàng)造性地將核級閥門質(zhì)保體系應(yīng)用于加氫閥門，確保產(chǎn)品質(zhì)量。參考ASME第三卷核級閥門質(zhì)量保證的要求，建立了加氫閥門的質(zhì)量控制管理體系。按照節(jié)點控制體系，每臺加氫閥門都有完整的一臺一檔的質(zhì)量文件，閥門主要零件都具有可追溯性和質(zhì)量保證。加強對于鑄造工藝、鍛造工藝、焊接熱處理、無損檢驗以及金相、性能試驗等關(guān)鍵工序控制。一個制造節(jié)點滿足控制要求后再轉(zhuǎn)入下一個制造節(jié)點，每個零件根據(jù)功能及安全性要求在制造過程中分成若干控制節(jié)點。加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門的零件功能分類：我們將加氫閥門的各零件根據(jù)其在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的功能及對產(chǎn)品性能、壽命、可靠性、安全性、互換性影響的大小分為“關(guān)鍵”、“重要”、“一般”三類進行分類管理，分類原則如下：A級件（關(guān)鍵件）：為閥門的承壓件及主要功能件，這些零件的損壞將導(dǎo)致介質(zhì)外泄或內(nèi)漏，從而導(dǎo)致嚴重后果。包括：閥體、閥蓋/填料箱、閘板/閥瓣、中法蘭緊固件、閥桿。B級件（重要件）：除關(guān)鍵件之外的所有可導(dǎo)致介質(zhì)外泄或內(nèi)漏的零件。包括：閥座、中法蘭金屬墊片/密封圈等壓力邊界上的零件、四開環(huán)、銷軸、搖桿、閥桿螺母等。C級件（一般件）：除關(guān)鍵件和重要件之外的所有零件，包括：支架、密封座、壓套、壓板等其余零件。加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門的鑄件質(zhì)量控制：硫磷有害雜質(zhì)元素的含量應(yīng)分別小于0.02%。每批鑄件至少抽檢一次化學(xué)成分和機械性能試驗，試驗結(jié)果應(yīng)符合ASTM標(biāo)準要求。鑄造工藝評定每批鑄件應(yīng)抽檢一次金相結(jié)構(gòu)和侵蝕試驗，試驗按ASTME381標(biāo)準進行。碳素鋼晶粒度不低于ASTME112標(biāo)準中5級要求；不銹鋼晶粒度不低于ASTME112標(biāo)準中7級要求；無枝晶和柱狀組織；非金屬夾帶物不低于ASTME45標(biāo)準；無尺寸大于ASTME45標(biāo)準中2.5級的偏析和帶狀不均勻組織；無條狀夾渣和裂紋。加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門的鑄件質(zhì)量控制：外觀檢查應(yīng)逐件進行，且不低于MSSSP-55標(biāo)準中B級要求。承壓鑄件應(yīng)逐件進行射線探傷，檢查方法和質(zhì)量評定按ASMEB16.34、MSSSP-54標(biāo)準進行。氣孔（A）：不小于2級。夾砂（B）：不小于2級?？s孔（CA、CB、CC、CD）不小于2級。熱裂紋和冷裂紋（D、E）:無。夾雜、麻孔（F、G）:無。加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門的鑄件質(zhì)量控制：承壓碳素鋼鑄件應(yīng)逐件進行磁粉探傷，檢查按ASTME709標(biāo)準進行。無任何熱裂紋和冷裂紋。任何線性顯示的長度不大于2mm。單個圓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)累積長度在任何100mmX100mm的面積中不大于2mm。加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門的鑄件質(zhì)量控制：承壓不銹鋼鑄件應(yīng)逐件進行液體滲透探傷，檢查按ASTME165標(biāo)準進行。無任何熱裂紋和冷裂紋。任何線性顯示的長度不大于2mm。單個圓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)累積長度在任何100mmX100mm的面積中不大于2mm。奧氏體不銹鋼材料每批應(yīng)抽檢一次晶間腐蝕試驗。試驗方法和試驗結(jié)果應(yīng)符合ASTMA262中E法的要求。加氫裝置閥門的鍛件質(zhì)量控制：硫磷有害雜質(zhì)元素的含量應(yīng)分別小于0.02%。每批鍛件至少抽檢一次化學(xué)成分和機械性能試驗，試驗結(jié)果應(yīng)符合ASTM標(biāo)準要求。每批鍛件應(yīng)抽檢一次金相結(jié)構(gòu)和侵蝕試驗，試驗按ASTME381標(biāo)準進行。碳素鋼晶粒度不低于ASTME112標(biāo)準中5級要求；不銹鋼晶粒度不低于ASTME112標(biāo)準中7級要求；無枝晶和柱狀組織；非金屬夾帶物不低于ASTME45標(biāo)準；無尺寸大于ASTME45標(biāo)準中2.5級的偏析和帶狀不均勻組織；無條狀夾渣和裂紋。加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門的鍛件質(zhì)量控制：承插焊和對接焊連接鍛造閥體，應(yīng)逐件檢查連接端硬度，驗收按相應(yīng)ASTM標(biāo)準規(guī)定。承壓鍛件應(yīng)逐件進行超聲波探傷，檢查方法和質(zhì)量評定按ASTMA388標(biāo)準進行。單個圓形缺陷尺寸應(yīng)不大于當(dāng)量直徑Φ2mm。無密集缺陷，50cm3范圍，當(dāng)量直徑Φ1.5mm不超過5個缺陷回波顯示。加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門的鍛件質(zhì)量控制：承壓碳素鋼鍛件的焊接端部和應(yīng)力集中區(qū)域應(yīng)逐件進行磁粉探傷，檢查按ASTMA275標(biāo)準進行。

無任何裂紋和白點。任何線性顯示的長度不大于2mm。單個圓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)累積長度在任何100mmX100mm的面積中不大于2mm。加氫裝置閥門

—質(zhì)量控制加氫裝置閥門的鍛件質(zhì)量控制：承壓不銹鋼鍛件的焊接端部和應(yīng)力集中區(qū)域應(yīng)逐件進行液體滲透探傷，檢查按ASTME165標(biāo)準進行。

無任何裂紋和白點。任何線性顯示的長度不大于2mm。單個圓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)累積長度在任何100mmX100mm的面積中不大于2mm。任何承壓部