加氢装置用高压力级锻钢闸阀的研制
马敏莉 陈崇南 张百灵
(1.南通职业大学机械工程学院，江苏南通226006; 2.南通高中压阀门有限公司，江苏南通226002)

摘要: 针对加氢装置用高压力级锻钢闸阀的工况条件、设计与研制难点，进行了阀体通用化结构、密封填料系统、密封填料检测系统等关键部件的设计;控制了原材料进货检验、焊接加工、密封试验装备的配套设计等关键过程。压力试验结果和客户使用情况说明，研制的加氢装置用高压力级锻钢闸阀能适应苛刻的工况条件。同时对加氢装置用高压力级锻钢闸阀的主要设训一参数、设训一规范、压力试验等进行了阐述。

关键词: 加氢装置;高压力级;锻钢闸阀

闸阀作为管线上闭路装置，在石油、化工、电力、城建和工业企业的给排水、供热及供气系统中有着广泛的应用。但在炼油行业的石化加氢高端市场中，由于高压加氢装置具有高温、高压、临氢和高腐蚀性的特点，其配套使用的管道阀门目前还大都依赖进口，因此加氢装置用高压级锻钢闸阀的研制对于提升我国石化加氢技术装备水平、节省国家经济资源具有重要意义。

近几年，国内的一些技术人员对加氢装置用阀门的关键技术如阀门泄漏、材料选用等进行了研究，取得了一系列的进展和成果。相关研究中，岳进才等对14 ～20MPa加氢装置用阀门的内、外漏控制方而进行了研究，发现采用柔性石墨编织填料、将环垫片与阀盖的接触而设计成变角度圆弧过渡而等，可解决填料、垫片密封外漏;在密封而上堆焊硬质合金等可解决闸阀的内漏问题j;吴伟阳等对9～16MPa。加氢脱硫等加氢装置用阀门的主体材料选用、阀门密封等方而进行了研究，发现采用加稳定化合金元素Ti或Nb的“稳定型不锈钢”CFBC,F321,F347, 0Cr18Ni10Ti材料可降低C对钢抗氢腐蚀的不利影响，采用密封可靠和装拆方便的填料结构形式和内压自封式阀门的中口垫可解决阀门外漏等问题圈。以上研究涉及3～20MPa加氢装置用阀门的研制。目前有关加氢装置用高压级(15～76MPa)锻钢闸阀的研制鲜有报道。
    文中针对加氢装置用高压级锻钢闸阀的工况条件、设计与研制难点，进行了阀体通用化结构、密封填料系统、密封填料检测系统等关键设计;控制了原材料进货检验、焊接加工、密封试验装备的配套设计等关键过程。压力试验和客户使用情况说明，研制的加氢装置用高压力级锻钢闸阀能适应苛刻的工况条件。

1 工况条件

加氢装置的工作介质一般为氢气、氢气加硫化氢、油气加氢气加硫化氢，属易燃易爆介质。氢气是一种能渗透到金属材料内部并在常温或高温下引起材料变性(恶化)的介质，常温下能引起金属材料的变性和恶化，高温下能导致金属材料内部和外部脱碳。硫化氢对金属材料的腐蚀也十分严重，常温下它能引起许多金属材料的应力腐蚀开裂，高温下它能引起金属材料的快速均匀腐蚀。工作时其介质最高温度达550℃，最高压力达42MPa。

2 设计与研制难点

加氢装置在高温高压下临氢并伴随硫化氢操作，所有的这些特点都对高压加氢阀门的材料、结构等提出了苛刻的要求。在设计与研制过程中需解决以下4个难点:(1}主体与内件材料选择;(2}主体零件结构设计与制造;(3}防漏密封设计;(4}关键过程控制包括密封试验装备的配套设计等。

3 主要设计参数与设计规范

3. 1 设计参数

技术参数:公称通径DN50～300 mm;公称压力15～76 MPa。适用温度:一29～+427℃

3. 2 设计与检验规范

设计和制造应符合API 600 2009《钢制闸阀—法兰连接端和对焊端，螺栓连接阀盖》、ASMEB 16. 34 2009《法兰端、螺纹端和焊接端阀门》。材料选用时需参考MACE MR01752002《油田设备用抗硫化应力裂纹的金属材料》、MACE MR0130-003《腐蚀性石油精练环境中抗硫化应力开裂的材料》等。检验和试验应符合API 598 X009《阀门的检查和试验》。

4 主体与内件材料选择

加氢阀门腐蚀严重，是多种腐蚀共同作用的结果，因此需根据不同的介质环境如PH值、H₂S浓度和温度分别选用抗硫化物应力腐蚀开裂(简称SSC)及氢致开裂(简称HIC)性能较好的材料。对温度不大于350℃的湿H₂S介质系统环境可选用一般碳钢(如WCB/A105)或合金钢(如W C6 /F11、WC9 /F22)。对温度不小于350 0C，特别是高温H2加H₂S环境，所选材料的腐蚀速率不宜超过0. 25 mm / a，此外还需考虑H十离子对金属材料脱碳的影响，可选用C F8 C / F321( F347)等稳定型奥氏体不锈钢或CF3 /F304L等超低碳奥氏体不锈钢。为了装置和阀门的安全可靠，设计时主体材料与内件材料应配对，在设计选材时采用表1的规定。