管線球閥在長輸油氣管道應用

                          上海申弘閥門有限公司

 
1、概述 
  
閥門是長輸油氣管道為實現集輸、分輸和調節輸量,以及為實現站內循環、設備連通、倒罐、越站和清管器收發等作業所使用的控制部件。閥門既是保證管道運行安全的設備,又是進行管道輸送自動控制和運行調度的主要工藝設備。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,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,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、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、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。在國家重點管道工程中,主干線截斷閥全部采用進口大口徑全焊接球閥,要求使用壽命必需達到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、焊接結構、焊接工藝及相關試驗等方面進行總結。

2、閥體與焊接材料 2.1、閥體材料  管線球閥是根據用戶的需求，為滿足在硫化環境下的抗硫化應力裂化的要求，我們從設計、選材、制造、試驗、表面處理及涂漆都嚴格按美國腐蝕工程師協會NACE的有關標準要求進行。管線球閥系列不僅材料選擇廣泛且內件材料均采用表面鍍鎳或是316材質、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，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，并可配多種驅動裝置，是化工、石油煉制，天然氣開采與輸送系統理想的閥門選擇。
     管線球閥對于中國來說，正屬于黃金時期，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%。而且現在管線球閥在我國西氣東輸中發揮的強大作用。2000年以后，取得了飛速發展，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2萬臺以上。

   
 
    管線球閥的設計和制造，對安全性和可靠性的強調，無論如何亦不為過分。而且這一理念應貫徹在球閥產品設計，工藝規范，零件加工，型式試驗，產品試驗，質量控制，售后服務的全過程。無論是長輸管線或者是城市管網都是能源的供給線，是一條國家經濟命脈線。性的地下輸油、輸氣管線和管網，就象地上輸配電網一樣，是城市工業和民用賴以生存的基礎，沒有這條能源供給線，現代化城市功能立即停止。
    1閥體的設計可分為全焊接閥體設計和分體式閥體設計。
    全焊接閥體設計有筒狀結構和球狀結構，筒狀結構是雙焊縫，焊接過程熱量輸入大，殘余應力復雜，軸向和徑向變形大。球狀結構是四條焊縫拼接，現在由于工藝技術進步，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。
    分體式結構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度應按與閥體內徑相當的法蘭進行類比設計，其連接強度必須防止管道應力而產生連接松弛，使密封失效。閥體與連接體面對面接觸，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。對于焊接閥體，對A105或LF2材料的化學成分、含碳量、碳當量以及硫、磷等元素應另有特殊限制。鍛件按三級鍛件標準驗收，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構，即金屬對金屬的初始“密封”，以阻擋固體顆粒的進入；用橡膠、PTFE塑料、尼龍、PEEK等軟密封作為次級密封，以保證零泄漏。但由于管線中的異物的意外導入對軟密封材料的損壞，管線球閥均設有緊急密封劑的注入系統，以獲得暫時性的密封要求。
    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計結構和工藝措施，防止橡膠圈在開關過程中被吹出(Blowout)或切壞。對于Class900磅級以上，應選用防爆降壓(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構，亦可做成倒鉤狀組合式結構，旨在保證密封圈不被吹出而導致密封失效。密封座材料與閥體材料相同，化學鍍鎳，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。

    進口端和出口端閥座采用對稱雙向密封設計。這種活塞式的介質自密封結構，按照客戶需要可設計成“單活塞效應”(Singlepistonaction)，壓力自泄放密封座結構和“雙活塞效應”(DoublePistoneffect)雙重密封結構。單活塞效應即進口端密封，出口端腔體壓力自動排放。
    1)操作前須確認管路和閥已被沖洗過。
    2)閥的操作按執行機構輸入信號大小帶動閥桿旋轉完成：正向旋轉1/4圈(90°)時，閥關斷。反向旋轉1/4圈(90°)時，閥開啟。
    3)當執行機構方向指示箭頭與管線平行時，閥門為開啟狀態；指示箭頭與管線垂直時，閥門為關閉狀態。
  閥體通常采用碳素鋼或低合金鋼, 如ASTMA105、A694、A350和A516等,其化學成分對焊接時結晶裂紋的形成有著重要影響。焊接時,焊縫中的S和P等雜質在結晶過程中形成低熔點共晶。其中S對形成結晶裂紋影響大,但其影響又與鋼中其他元素含量有關,如Mn與S結合成MnS而除硫,從而對S的有害影響起抑制作用。Mn還能改善硫化物的性能、形態及其分布等。因此,為了防止產生結晶裂紋, 對焊縫金屬中的Mn/S 值有一定要求。   Mn/S值多大才有利于防止結晶裂紋,還與含碳量有關。含C量愈高,要求Mn /S值也愈高。Si、Ni及雜質的過多存在也會增加S的有害影響。嚴格控制閥體材料采購時的化學成分,制定相關的材料采購標準,是有效避免閥體焊接時產生結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,其化學成分和物理性能不僅影響焊接過程中的穩定性、焊接接頭性能和質量,同時還影響著焊接生產率。焊絲材料主要根據閥體材料選擇。對常用閥體材料,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,焊絲直徑的選擇對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,焊縫熔深與焊絲直徑成反比,熔寬與焊絲直徑成正比。對于全焊接球閥閥體常采用埋弧自動焊,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、保護焊縫金屬不受空氣侵害和參與熔池金屬冶金反應的作用。當焊絲確定后,配套用的焊劑直接影響焊縫金屬的力學性能(特別是塑性及低溫韌性) 、抗裂性能、焊接缺陷發生率及焊接生產率等。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以下的細粒不得大于5% ,

城鎮高壓輸氣管線閥門的選用

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