专用阀门选型考虑因素
发布时间：
2025-04-28
过程工业中应用的大多数流体介质涉及不同类型的油气流。
在过程工业中应用的流体介质大多涉及不同腐蚀性等级的油气流。根据流动工况及介质特性，这些流体可分为清洁、污垢沉积或磨蚀性（如浆液工况）三种类型，其主要区别在于悬浮固体颗粒的数量与性质，而这些颗粒正是导致阀门堵塞或腐蚀损伤的根源。此外，含硫及其他混合物的介质在高温条件下会进一步加剧腐蚀环境。因此，针对此类介质流，必须审慎选择材料，以确保阀门具有足够的使用寿命。腐蚀工程领域的研究人员仍在持续开展材料研发工作，以解决上述问题。
首先，炼油加氢裂化、焦化装置专用阀门
延迟焦化装置是通过深度热裂解将减压渣油转化为气体、轻质馏分油和焦炭的加工过程，是炼油厂提高轻质油收率、增产石油焦的重要手段。该工艺分为焦化和除焦两部分：焦化为连续生产，除焦为间歇生产。加热炉与焦塔的进出口之间由四通阀相连，四通阀是实现加热炉与焦塔切换的关键通道，属于高温工况下的特种阀门，其质量直接关系到装置的生产能力。无论是国产新设计装置还是老装置，大多采用进口四通旋塞阀，但价格昂贵；而国产四通阀则普遍存在结构不合理、质量不稳定、易发生故障等问题。
炼油厂的加氢裂化工艺是原油加工的主要工艺之一。由于加氢裂化装置在高温高压条件下运行，且介质为易燃易爆的氢气和烃类，工况特殊，因此对密封性能的要求极为严格。这就对阀门的设计与结构提出了很高的要求。目前，国内大多采用不锈钢楔式闸阀和直流式截止阀。
其次，油气阀门
为实现对油气流的控制，油气阀门应具备以下基本性能：密封性、耐压强度、安全性、可调节性、流体流动特性以及开关灵活性。对于高压、易燃、易爆的油气介质，首先必须解决密封问题，并充分考虑油气阀门在特殊工况下的使用要求。
① 在含有硫化氢和二氧化碳的湿天然气中，对阀体材料提出了特殊要求；
② 在井口装置及集输系统中，当存在盐水、残留酸及其他腐蚀性介质时，应明确阀体材料的选择及防腐要求；
③ 灰尘和固体颗粒会加速阀门关闭部件的冲刷与磨损，导致密封副迅速失效；
④ 在高原、沙漠及高寒地区的室外环境中，阀门材料易出现低温脆化、弯曲变形等问题；
⑤ 用于长距离输送管道的油气专用阀门，要求与管道同寿命，数十年无需更换。
所有这些都表明，油气专用阀门不同于普通阀门，在恶劣工况下必须具备高可靠性，并满足高强度与无泄漏的要求。
第三，含氯条件
含氯工况应参照美国氯工业协会编制的“干式氯气管道系统”中所推荐的阀门选型。
含氯或液态氯的工况属于强腐蚀性工况，尤其是在该工况下含有水分时。氯与水混合生成盐酸（HCl），会腐蚀阀体及内部零件。由于氯的热膨胀系数较高，若液态氯被封闭在阀腔内，则会导致阀腔内压力迅速升高。因此，在此类工况下使用的阀门应具备可靠的阀腔泄压功能。
第四，冷冻（低温）条件
尽管这些阀门依据ASME B16.34标准和API标准设计用于低温工况，但它们还具备其他特殊设计特征，以确保在低温条件下具有一定程度的可靠运行。此类阀门可能还包括阀盖延伸件，将填料函和操作机构移出低温介质区域，从而使阀杆填料能够在较高温度下正常工作，并确保阀门的操作机构在使用过程中不会冻结。MSS SP-134标准中详细规定了所包含的阀盖延伸件的相关要求。
五、氢氟酸服务
用于氢氟酸工况的阀门应仅限于那些已在实际运行中得到验证或经试验成功证明能够胜任该工况的类型。通常情况下，不易发生固体沉积的阀型为首选。氢氟酸的处理操作应由经过认证的技术人员执行，并对其所使用的各类阀门实施严格管控。此类阀门的设计、材料要求及内部几何结构细节均极为详尽（通常采用碳钢阀体并配备特殊蒙乃尔合金内件或全蒙乃尔合金内件），且其结构设计须具备特殊的抗氢氟酸腐蚀性能。在含氢氟酸的工况下，阀门的检验与试验标准应高于常规工艺阀门的标准。
六、含氢条件
与传统铸造工艺相比，采用这种阀门制造工艺通常能够确保较高的铸件质量。由于氢气是一种渗透性极强的介质，因此在使用压力等级不低于600磅级的焊接接头阀门时，应采取相应措施以降低潜在的泄漏源。
API 941 在材料的选择与使用中涵盖了多种氢环境条件。
七、含氧条件
在适用情况下，阀门的使用环境若涉及含氧条件，应遵循美国压缩气体协会标准CGA G4.4-2003《氧气管道系统》。用于该工况的阀门必须经过彻底脱脂、保持清洁，并在洁净条件下安装，同时应妥善包装与密封，因为油和润滑脂在氧气存在下具有极高的易燃性。有关这方面的指导参见CGA G4.1《氧气服务用清洗设备》。在安装前，还须进行适当的搬运与储存。
为防止因剧烈的机械碰撞而产生火花或引发点燃，通常采用适用于含氧工况的青铜或蒙乃尔合金阀体及内部材料。此外，还提供专门配制的硅基润滑脂用于含氧工况，因为标准的烃类润滑剂在氧气存在下不得使用。
八、脉动或不稳定流
对于止回阀中的脉动流或不稳定流，其选型需予以特别考虑。例如，在往复式压缩机中使用止回阀时，由于流量的快速启闭变化，可能会引发水锤现象并导致阀门损坏。关于在脉动流和不稳定流工况下选用何种类型的阀门，业界尚存不同意见，但通常建议在脉动流或不稳定流条件下采用蝶式止回阀、斜盘式止回阀和轴流式止回阀。
九、含酸工况（湿H2S工况）
在阀门材料的使用过程中，若存在含酸工况，则应符合NACE MR0103标准。该标准适用于下游碳氢化合物加工行业，对所有钢材的硬度作出限制；要求奥氏体不锈钢进行固溶退火处理；禁止将某些材料用于承压部件（包括阀杆）；并对螺栓连接和焊接结构的阀门提出特殊要求。
应当特别注意NACE MR0103标准中关于用户责任的规定：用户应详细说明螺栓是否需暴露于含H2S的环境。除非用户另有规定，否则阀门外侧的螺栓（如阀盖连接螺栓）通常适用产品标准，而该标准并不涵盖含硫工况。若螺栓材料不直接接触工艺流体，则阀体与阀盖之间的螺栓连接无需满足NACE要求。然而，若含硫油品中的硫泄漏无法消除或蒸发（例如通过隔离阀门实现），则该螺栓连接应符合NACE标准的要求。
若不认为有必要采用NACE许可材料，则应特别关注螺栓连接材料。此项规定的硬度要求将导致强度降低。阀盖连接螺栓的强度将随之下降，可能无法满足与标准螺栓材料相同的工况设计要求。
十、粘稠或固化条件
对于阀门内存在黏稠或已固化流体工况，如液态硫或重油，为确保阀门能够正常操作，通常需采用伴热或蒸汽夹套以维持足够的工作温度。鉴于滞后响应所引发的运行问题，应特别关注止回阀的选型与使用。
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