管線球閥在長輸油氣管道應(yīng)用

                          上海申弘閥門有限公司

 
1、概述 
  
閥門是長輸油氣管道為實(shí)現(xiàn)集輸、分輸和調(diào)節(jié)輸量,以及為實(shí)現(xiàn)站內(nèi)循環(huán)、設(shè)備連通、倒罐、越站和清管器收發(fā)等作業(yè)所使用的控制部件。閥門既是保證管道運(yùn)行安全的設(shè)備,又是進(jìn)行管道輸送自動(dòng)控制和運(yùn)行調(diào)度的主要工藝設(shè)備。在長輸管線閥門中,球閥使用較多。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。在國家重點(diǎn)管道工程中,主干線截?cái)嚅y全部采用進(jìn)口大口徑全焊接球閥,要求使用壽命必需達(dá)到30年及以上。本文主要從全焊接球閥閥體的焊接材料、焊接方法、焊接結(jié)構(gòu)、焊接工藝及相關(guān)試驗(yàn)等方面進(jìn)行總結(jié)。

2、閥體與焊接材料 2.1、閥體材料  管線球閥是根據(jù)用戶的需求，為滿足在硫化環(huán)境下的抗硫化應(yīng)力裂化的要求，我們從設(shè)計(jì)、選材、制造、試驗(yàn)、表面處理及涂漆都嚴(yán)格按美國腐蝕工程師協(xié)會(huì)NACE的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。管線球閥系列不僅材料選擇廣泛且內(nèi)件材料均采用表面鍍鎳或是316材質(zhì)、密封圈采用特制的聚合物材料。管線球閥不僅防腐蝕，抗硫化，能力強(qiáng)，防火、防靜電、密封性能好，適用壓力與溫度范圍廣，全通徑與縮徑齊備，并可配多種驅(qū)動(dòng)裝置，是化工、石油煉制，天然氣開采與輸送系統(tǒng)理想的閥門選擇。
     管線球閥對(duì)于中國來說，正屬于黃金時(shí)期，占世界人口1/4的中國，2000年的長輸管線不足2萬公里，不到管線的1%。而且現(xiàn)在管線球閥在我國西氣東輸中發(fā)揮的強(qiáng)大作用。2000年以后，取得了飛速發(fā)展，至2009年已擁有長輸管線8萬公里，占*總量的2.5%，其中輸氣管線3.1萬公里，輸油管線2.9萬公里。在線服役的管線球閥2萬臺(tái)以上。

   
 
    管線球閥的設(shè)計(jì)和制造，對(duì)安全性和可靠性的強(qiáng)調(diào)，無論如何亦不為過分。而且這一理念應(yīng)貫徹在球閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)，工藝規(guī)范，零件加工，型式試驗(yàn)，產(chǎn)品試驗(yàn)，質(zhì)量控制，售后服務(wù)的全過程。無論是長輸管線或者是城市管網(wǎng)都是能源的供給線，是一條國家經(jīng)濟(jì)命脈線。性的地下輸油、輸氣管線和管網(wǎng)，就象地上輸配電網(wǎng)一樣，是城市工業(yè)和民用賴以生存的基礎(chǔ)，沒有這條能源供給線，現(xiàn)代化城市功能立即停止。
    1閥體的設(shè)計(jì)可分為全焊接閥體設(shè)計(jì)和分體式閥體設(shè)計(jì)。
    全焊接閥體設(shè)計(jì)有筒狀結(jié)構(gòu)和球狀結(jié)構(gòu)，筒狀結(jié)構(gòu)是雙焊縫，焊接過程熱量輸入大，殘余應(yīng)力復(fù)雜，軸向和徑向變形大。球狀結(jié)構(gòu)是四條焊縫拼接，現(xiàn)在由于工藝技術(shù)進(jìn)步，采用左右閥體熱鍛壓成型，可中間單焊縫焊接成型，減少線能量輸入，降低軸向和徑向變形。
    分體式結(jié)構(gòu)一般由閥體和左右連接體組成。連接體與閥體由螺栓連接，連接法蘭厚度與螺栓的連接強(qiáng)度應(yīng)按與閥體內(nèi)徑相當(dāng)?shù)姆ㄌm進(jìn)行類比設(shè)計(jì)，其連接強(qiáng)度必須防止管道應(yīng)力而產(chǎn)生連接松弛，使密封失效。閥體與連接體面對(duì)面接觸，中間無間隙。密封必須滿足失火安全要求，采用橡膠O型圈與纏繞式金屬墊組合密封。閥體的材料為鍛件，溫度-29C°以上選用ASTMA105；-29C°以下選用ASTMA350LF2。對(duì)于焊接閥體，對(duì)A105或LF2材料的化學(xué)成分、含碳量、碳當(dāng)量以及硫、磷等元素應(yīng)另有特殊限制。鍛件按三級(jí)鍛件標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，做100％無損探傷，焊縫處做著色檢查和超聲波探傷。

    輸氣管線球閥的閥體大部分是采用A105，球A105N。輸油管線的球閥的閥體大部分是采用A105，球316。
    2密封座與密封閥座采用組合密封結(jié)構(gòu)，即金屬對(duì)金屬的初始“密封”，以阻擋固體顆粒的進(jìn)入；用橡膠、PTFE塑料、尼龍、PEEK等軟密封作為次級(jí)密封，以保證零泄漏。但由于管線中的異物的意外導(dǎo)入對(duì)軟密封材料的損壞，管線球閥均設(shè)有緊急密封劑的注入系統(tǒng)，以獲得暫時(shí)性的密封要求。
    密封用的橡膠圈有圓形，三角形或其他特殊形狀。閥門公司都有自己的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝措施，防止橡膠圈在開關(guān)過程中被吹出(Blowout)或切壞。對(duì)于Class900磅級(jí)以上，應(yīng)選用防爆降壓(AED)特性的材料作為O型圈材料。PTFE的密封圈，一般采用筒狀鑲嵌式結(jié)構(gòu)，亦可做成倒鉤狀組合式結(jié)構(gòu)，旨在保證密封圈不被吹出而導(dǎo)致密封失效。密封座材料與閥體材料相同，化學(xué)鍍鎳，有彈簧加載以保證初始密封比壓，彈簧可采用螺旋彈簧，板彈簧或碟形彈簧，材料為InconelX－750。

    進(jìn)口端和出口端閥座采用對(duì)稱雙向密封設(shè)計(jì)。這種活塞式的介質(zhì)自密封結(jié)構(gòu)，按照客戶需要可設(shè)計(jì)成“單活塞效應(yīng)”(Singlepistonaction)，壓力自泄放密封座結(jié)構(gòu)和“雙活塞效應(yīng)”(DoublePistoneffect)雙重密封結(jié)構(gòu)。單活塞效應(yīng)即進(jìn)口端密封，出口端腔體壓力自動(dòng)排放。
    1)操作前須確認(rèn)管路和閥已被沖洗過。
    2)閥的操作按執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)大小帶動(dòng)閥桿旋轉(zhuǎn)完成：正向旋轉(zhuǎn)1/4圈(90°)時(shí)，閥關(guān)斷。反向旋轉(zhuǎn)1/4圈(90°)時(shí)，閥開啟。
    3)當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方向指示箭頭與管線平行時(shí)，閥門為開啟狀態(tài)；指示箭頭與管線垂直時(shí)，閥門為關(guān)閉狀態(tài)。
  閥體通常采用碳素鋼或低合金鋼, 如ASTMA105、A694、A350和A516等,其化學(xué)成分對(duì)焊接時(shí)結(jié)晶裂紋的形成有著重要影響。焊接時(shí),焊縫中的S和P等雜質(zhì)在結(jié)晶過程中形成低熔點(diǎn)共晶。其中S對(duì)形成結(jié)晶裂紋影響大,但其影響又與鋼中其他元素含量有關(guān),如Mn與S結(jié)合成MnS而除硫,從而對(duì)S的有害影響起抑制作用。Mn還能改善硫化物的性能、形態(tài)及其分布等。因此,為了防止產(chǎn)生結(jié)晶裂紋, 對(duì)焊縫金屬中的Mn/S 值有一定要求。   Mn/S值多大才有利于防止結(jié)晶裂紋,還與含碳量有關(guān)。含C量愈高,要求Mn /S值也愈高。Si、Ni及雜質(zhì)的過多存在也會(huì)增加S的有害影響。嚴(yán)格控制閥體材料采購時(shí)的化學(xué)成分,制定相關(guān)的材料采購標(biāo)準(zhǔn),是有效避免閥體焊接時(shí)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的有效途徑之一。 2.2 焊絲與焊劑

(1)焊絲 
  焊絲主要作為填充金屬向焊縫添加合金元素,其化學(xué)成分和物理性能不僅影響焊接過程中的穩(wěn)定性、焊接接頭性能和質(zhì)量,同時(shí)還影響著焊接生產(chǎn)率。焊絲材料主要根據(jù)閥體材料選擇。對(duì)常用閥體材料,通常所選用的焊絲材料有碳素鋼焊絲(如H08MnA)和低合金鋼焊絲(如H10Mn2)等。同時(shí),焊絲直徑的選擇對(duì)焊縫形狀也有著較大影響,在焊接電流、電弧電壓和焊接速度一定時(shí),焊縫熔深與焊絲直徑成反比,熔寬與焊絲直徑成正比。對(duì)于全焊接球閥閥體常采用埋弧自動(dòng)焊,其焊絲直徑一般為215～6mm。 (2)焊劑 
  焊劑在焊接過程中起隔離空氣、保護(hù)焊縫金屬不受空氣侵害和參與熔池金屬冶金反應(yīng)的作用。當(dāng)焊絲確定后,配套用的焊劑直接影響焊縫金屬的力學(xué)性能(特別是塑性及低溫韌性) 、抗裂性能、焊接缺陷發(fā)生率及焊接生產(chǎn)率等。這就要求焊劑必須具有良好的冶金性能和工藝性能,顆粒度符合要求(普通焊劑顆粒度為0.45 ～2.50mm,0.45mm以下的細(xì)粒不得大于5% ,

城鎮(zhèn)高壓輸氣管線閥門的選用

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