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化工油库阀门故障处理 低温下压缩成液化天然气阀门设计与工艺

文章来源: 上传时间:2019-11-08 浏览次数:
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一、阀门故障原因分析

之前我们介绍化工阀门选用原则主营阀门有:截止阀,造成阀门跑油混油事故的原因是多方面的,归纳起来主要有4个方面的问题。

1、 阀门质量

油库因施工质量粗劣,阀门投入使用后就出现渗漏和窜油现象。

2、 设计安装

(1)阀门选用不当,如在寒区、严寒区选用了铸

铁阀门,而且未采取有效的保温措施,则很容导致油中的水沉积于阀中结冰,使阀门冻裂。

(2)管路未设置泄压装置,管内存油受热膨胀,阀门被胀裂,或者法兰垫片被冲毁。

(3)管路未设置补偿器,管路热胀冷缩,拉毁阀门法兰,或者阀门法兰因受弯曲应力而产生裂缝。

(4)阀门安装位置设置不当,如将阀门设置在有横向位移的管段,且距支座又近,管道横向位移时,阀门受损或法兰连接密封破坏。

(5)管路整体试压后,水未放或未放净而冻裂阀门,或者试压操作不当,垫片被水击破坏,再加上验收检查不严,留下了隐患。

3、 操作使用

执行制度不严,违章或误操作。如制度不健全或未按章办事,造成阀门错开、误开、未关、关闭不严,或因操作不当,人为造成“死油"段,热胀冷缩时管路蹩压或空穴而使阀门损坏。另外,在管路系统试压、试漏前,一是没有按要求吹扫管内铁锈、焊渣、砂石等杂质,导致阀门密封面受杂质冲蚀、划伤和挤压;二是杂质沉积于阀底,造成阀门关闭不严;三是利用阀门节流,没有安设过滤器,导致油品中的杂质冲刷、划伤阀门闸板密封面,以及输油压力过高,造成阀门关闭不到位、冲毁阀门垫片等导致阀门内渗、内窜、跑油。

4、 维修检查

(1)阀门未按要求定期清洗、试压、技术鉴定,维修保养不及时,造成阀门关闭不严或开关失灵。

(2)不符合使用要求或技术状况不好的阀门更换不及时,或者阀门拆除检修后未关闭,有的拆除阀门后未封堵管口,长期不安装阀门。

(3)入冬前既不保温,又不将阀内积水排除等,造成阀门冻裂。

(4)检查阀门时,违章带压操作,或者使用不耐油材料做阀门法兰垫片等。


二、预防阀门故障的措施

1、 严格执行设计规范和施工安装要求

(1)适当提高阀门的压力等级。严格执行《石油库设计规范》关于“在油罐液位以下与油罐连接的各种管道上,靠近油罐的*道阀门应采用钢阀"及其它阀门设置的规定。

(2)油罐进出油管道上多数设置两道阀门,*道阀门为备用常开,所以,两道阀门都宜采用钢阀。

(3)油库内凡有可能积水、气温变化而导结冰的阀门都宜采用钢阀,特别是在寒区、严寒区的油库更为必要,否则必须采取有效、可靠的保温措施。

(4)阀门安装前,必须按规定进行清洗试压,并做好编号和记录工作,作为技术资料备查。新建或大修管道在试压、试漏前,必须进行吹扫,清除管内杂质,防止阀门闸板密封面受到损伤,或造成阀门内渗、内窜。

2、 加强季节性检查维护

秋末要做好排水和防冻工作;开春解冻前要对阀门认真检查,必要时借助放大镜检查,以发现微小的裂纹。应拆除保温层进行检查,否则易留下隐患。

3、 推广阀门状态监测新技术

如果工作需要,又有经费来源,在经济技术分析研究的基础上,积极采用液位、流量、阀门状态监测等新技术,也是预防阀门事故的一条有效途径。与本产品相关的产品:电动截止阀

低温下压缩成液化天然气阀门设计与工艺概述低温下压缩成液化天然气阀门设计 天然气阀

天然气经脱水、精制和冷却,在- 163 ℃低温下压缩成液化天然气( Liquefied Natural Gas - LNG) ,节省储存和运输空间,降低储运成本。因此,LNG具有天然气的易燃易爆性。阀门对LNG 装置安全可靠地运行具有极为重要的作用。虽然阀门占LNG 接收站总投资的百分之几,但在日常维修中要占总维修费用的50% 以上。根据LNG 设备事故案例分析,有多起案例因阀门故障和失效造成LNG 泄漏,使整个装置停机甚至燃烧爆炸。

低温下压缩成液化天然气阀门设计与工艺LNG 阀门

LNG 装置上使用的超低温阀门主要设计标准有JB /T 7749、GB /T 24925、BS 6364、MSS SP-134和MESC SPE77 /200 等。

低温下压缩成液化天然气阀门设计与工艺阀门材料

LNG 阀门正常工作温度为约- 163 ℃,在此温度下,金属材料将发生低温冷脆现象,即强度和硬度升高,塑性和韧性大幅下降,这会严重影响阀门的安全性。为防止材料在低温下的低应力脆断,阀体和阀瓣等部件常采用奥氏体不锈钢。如304、304L、316、316L 等,其中316L 稳定性zui好。奥氏体不锈钢具有优良的强度、韧性、耐腐蚀性和焊接性,线膨胀系数低。但是奥氏体不锈钢中S 和P 等杂质会降低材料的强度及低温冲击韧性,应严格控制其含量。

主营阀门有:截止阀,电动截止阀阀体、阀盖、阀瓣、阀座和阀杆等部件必须进行低温深冷处理,使奥氏体转变成马氏体和变形充分后再进行精加工,以降低温度对超低温阀门密封性能的影响。低温处理温度应低于材料相变温度且低于阀门实际工作温度。处理时间1 ~ 2 h,然后取出自然冷却到常温,重复循环2 次。工艺系统阀门应满足输送LNG的压力和流量要求,同时必须具备耐-196℃的低温性能。常用的LNG阀门主要有增压调节阀、减压调节阀、紧急切断阀、低温截止阀、安全阀止回阀等。阀门材料为0Cr18Ni9。


2. 管材、管件、法兰选型设计
①介质温度≤-20℃的管道采用输送流体用不锈钢无缝钢管(GB/T14976—2002),材质为0Cr18Ni9。管件均采用材质为0crl8Ni9的无缝冲压管件(GB/T 12459—90)。法兰采用凹凸面长颈对焊钢制管法兰(HG 20592—97),其材质为0Cr18Ni9。法兰密封垫片采用金属缠绕式垫片,材质为0crl8Ni9。紧固件采用专用双头螺柱、螺母,材质为0Crl8Ni9。
②介质温度>-20℃的工艺管道,当公称直径≤200 mm时,采用输送流体用无缝钢管(GB/T8163—1999),材质为20号钢;当公称径>200mm时采用焊接钢管(GB/T 3041—2001),材质为Q235B。管件均采用材质为20号钢的无缝冲压管件(GB/T 12459—90)。法兰采用凸面带颈对焊钢制管法兰(HG 20592—97),材质为20号钢。法兰密封垫片采用柔性石墨复合垫片(HG 20629—97)。
LNG工艺管道安装除必要的法兰连接外,均采用焊接连接。低温工艺管道用聚氨酯绝热管托和复合聚乙烯绝热管壳进行绝热。碳素钢工艺管道作防腐处理。


3. 冷收缩问题
LNG管道通常采用奥氏体不锈钢管,材质为0crl8Ni9,虽然其具有优异的低温机械性能,但冷收缩率高达0.003。站区LNG管道在常温下安装,在低温下运行,前后温差高达180℃,存在着较大的冷收缩量和温差应力,通常采用“门形”补偿装置补偿工艺管道的冷收缩。

特殊要求

(1) 设计与工艺

防止LNG 泄漏非常重要。为减少泄漏点,阀体要求锻造( 或铸造) 整体成型。端法兰采用对焊连接,慎用法兰连接。为保证对焊端面焊后低温机械性能,阀体应选用低碳奥氏体不锈钢304L 或316L。对于阀门部件的强度焊接,应实施焊接工艺评定。

奥氏体不锈钢在焊接热影响区由于碳化物析出和马氏体形成,会引起低温脆性,焊后进行固溶处理。阀门部件原材料质量要严格控制。与LNG 直接或间接接触的部件必须进行渗透、超声波或射线等无损检测,还须深冷处理及- 196℃ 低温冲击试验。所用奥氏体不锈钢要求进行固溶、退火热处理供货。

低温阀门的阀杆应设计为防吹出结构。低温工况频繁操作的阀门,其内件应能避免引起卡阻、咬合和擦伤等。低温阀阀体在满足强度要求时,对不同壁厚的阀体连接应逐渐过渡,避免壁厚突变引起应力集中。壁厚设计不当会引起焊接裂纹。

低温阀各部件在温度和压力的交变载荷作用下不应出现明显的弹性塑性变形,因此,在阀门设计过程中,除了对阀体、阀盖、阀杆和阀瓣进行常规的强度计算外,还应采用有限元应力分析和抗震分析来确保阀门的可靠性。

(2) 加长阀盖

低温闸阀、截止阀、球阀和蝶阀的阀盖应设计成便于保冷的加长结构( 长颈阀盖) 。阀盖的长颈部分可采用与本体材质相同的无缝钢管对焊到阀盖和填料箱上,焊后应进行热处理以消除应力。加长阀盖可使填料函底部的工作温度高于0℃。如果填料函结冰,不但影响阀杆的正常操作,而且也会因阀杆的上下运动划伤填料,造成密封失效。阀杆与长颈部分的间隙应按尽可能小的对流热损失设计,但间隙对填料函温度影响很小,阀盖长度和阀径厚度是影响填料函温度的主要因素。加长阀盖下部焊接滴水盘,可防止冷凝水进入保冷层,避免或减少保温层下腐蚀( CUI) 。

(3) 防异常升压

当球阀和闸阀关闭时,阀门中腔残留的LNG 因周围环境的相对高温引起的热传递会快速升温气化、压力急剧升高。过高的气压可能导致阀杆密封泄漏、中法兰密封泄漏、阀体紧固件失效等。高压泄放通常采用阀门内部或外部泄放。内部泄放是指阀门进口端采用弹性泄放阀座或在闸板( 图1) 及球体( 图2) 上开设泄压孔连通中腔和管道进口端。一旦异常升压,中腔介质泄放至进口管道,可保持阀门中腔与管道进口段压力平衡。外部泄放是在中腔阀体外安装减压阀,当中腔压力达到泄放压力时,中腔介质通过减压阀进入泄放气收集系统。通常,对于DN≤300 的低温闸阀,在闸板( 球体) 上开设平衡孔。DN300 以上阀门在阀体外设旁路减压阀。低温闸阀的泄压孔 低温球阀的泄压孔图1 低温闸阀的泄压孔 图2 低温球阀的泄压孔常用的超低温阀门

(1) 闸阀

标准低温闸阀是单向密封的,其弹性闸板上开有3 mm 的泄放孔,连通阀腔与上游管道。阀腔异常升压时,可通过泄放孔与上游管道达到压力平衡。在阀内部,上游介质压力将弹性闸板紧压在下游阀座密封圈上,实现下游低压侧密封。双向密封闸阀是在阀腔外设置减压阀,而不必在闸板上开孔。外部泄压使闸阀实现上下游双向密封。超低温闸阀须在阀体上标识介质流向。

(2) 球阀

超低温球阀采用顶装式结构。软密封球阀价格便宜,泄漏率低,仅用于小口径低压工况。相对而言,硬密封球阀价格高,泄漏率高,但可用于含有固体颗粒的流体,其耐冲刷、耐磨损性能好。LNG 软密封阀座选可经受- 196 ℃ 的PCTFE( KEL-F) 。软密封球阀限于小口径低压工况。而大口径高压球阀应选用金属对金属硬密封结构。用于低温工况的对焊阀门执行ANSI B16. 34 规定的特殊等级要求。超低温球阀须在阀体上标识介质流向。

(3) 蝶阀

超低温蝶阀要求双向密封。LNG 蝶阀大多采用对焊端面。对焊蝶阀连接强度高( 其承受的载荷至少是法兰连接阀门的2 倍) ,连接更为可靠( 减少了潜在的法兰泄漏) ,维修方便(特别是大口径蝶阀的阀座、蝶板和阀杆等可以在线更换) ,且维修工作量小,时间短。超低温蝶阀须在阀体上标识流向。基于低温介质对密封性能的影响,蝶阀的密封宜采用双偏心或三偏心结构,以减轻或消除蝶阀启闭过程中密封面的过度挤压或刮擦等现象,降低磨损,提高使用寿命。KSB 阀门阀座密封采用Lip Seal结构,取得很好的密封效果。阀杆密封选用低逸散组合填料,可使填料密封满足TA-Luft 标准。

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