加氢阀门研发及应用情况

加氢装置用高压阀门软件包从1992年开始，苏阀致力于加氢装置用高压阀门的研究和产品开发。苏阀对茂石化一台日本进口的加氢阀门进行了大量试验，取得了丰富的一手资料。试验项目包括：阀体母材理化性能分析密封面堆焊层分析断面宏观金相分析晶粒度分析硬度试验等国内第一家开展加氢阀门研制的企业

——十余年潜心研究，积累了丰富经验加氢装置阀门

—技术准备该标准对加氢阀门的材料选择，材料的化学成分及机械性能控制，铸造、锻造、焊接及热处理工艺、无损检测、装配和试验等方面进行了明确规定。<<加氢处理装置用高压阀门制造技术规范>>已成为国内设计和采购加氢阀门的一部具有权威的指导性规范，得到了众多阀门制造企业和设计院的认可。

2000年苏阀与洛阳院共同制定了加氢阀门行业规范——<<加氢处理装置用高压阀门制造技术规范>>，该标准的出台，从理论和实践上加快了加氢阀门国产化步伐。加氢装置阀门

—技术准备加氢装置阀门工况分析：1.高温高压；介质温度高：最高550℃介质压力高：最高42MPa2.易燃易爆（氢气或油气＋氢气＋硫化氢）3.临氢（并伴随硫化氢），介质腐蚀性强常温下：H+引起的金属材料变性（恶化）H2S的应力腐蚀（SSC）高温下：H+对金属内外部脱碳和H2S的快速均匀腐蚀氯离子与H2共同作用加速应力腐蚀开裂

加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门设计标准：1.加氢阀门的设计制造应符合API600、BS1868、BS1873、ASMEB16.34、NACEMR0175及<<加氢处理装置用高压阀门制造技术规范>>规定。2.阀门的结构长度应符合ASMEB16.10规定。3.法兰连接的阀门其端部尺寸应符合ASMEB16.5规定；

对焊端连接的阀门其端部尺寸应符合ASMEB16.25规定；承插焊连接的阀门其端部尺寸应符合ASMEB16.11规定。4.阀门的检查和试验应符合API598规定。试验时间为规定时间的两倍，并全数（100%）用液体作高压密封试验，用0.6MPa作气压密封试验。加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门的主要参数：阀门类型：闸阀、截止阀、止回阀公称通径：1/2”～24”1/2”～8”阀门主体材料为锻件；8”～24”阀门主体材料为铸件。公称压力：900lb～2500lb主体材质：A105/WCB、F321/CF8C、F11/WC6、F22/WC9、F304L/CF3等适用介质:氢气、硫化氢及油品的混合物加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门的主要参数：加氢装置阀门

—研发概况阀门类型闸阀截止阀截止止回阀Y型截止阀止回阀公称通径1/2"～20"1/2"～12"1/2"～12"1/2"～20"1/2"～20"其中1/2“～8”阀门采用锻件结构，8"以上采用铸件结构公称压力900～2500lb主体材质WCB/A105、CF8C/F321(F347)、WC6/F11、WC9/F22、CF3/F304L等适用介质氢气、硫化氢及油品的混合物1/2”～1-1/2”锻钢闸阀加氢装置阀门

—产品结构图2”～8”锻钢闸阀加氢装置阀门

—产品结构图10”～20”铸钢闸阀加氢装置阀门

—产品结构图1/2”～2”锻钢截止阀加氢装置阀门

—产品结构图1/2”～2”锻钢Y型截止阀加氢装置阀门

—产品结构图3”～8”锻钢截止阀3”～8”锻钢Y型截止阀加氢装置阀门

—产品结构图10”～12”铸钢截止阀10”～20”铸钢Y型截止阀1/2”～1-1/2”锻钢止回阀加氢装置阀门

—产品结构图2”～8”锻钢止回阀加氢装置阀门

—产品结构图10”～20”铸钢止回阀加氢装置阀门

—产品结构图加氢装置阀门材料选择的基本原则：加氢阀门腐蚀严重，是多种腐蚀共同作用的结果，因此必须根据不同的介质环境，如PH值、H2S浓度和温度分别选用抗SSC及HIC性能较好的材料。根据我公司多年来为国内大中型加氢装置阀门配套以及与部分石化设计院共同研究的经验，形成了如下材料选择的基本原则：对温度≤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WC6/F11、WC9/F22）。对高温（≥350℃），特别是高温H2+H2S环境，所选材料的腐蚀速率不宜超过0.25mm/a。此外，还需考虑H+离子对金属材料脱碳的影响。可选用CF8C/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。加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门材料配对的基本原则：主体材料为WCB/A105阀门的基本材料配对原则：

阀体：ASTMA216WCB/ASTMA105

填料箱：ASTMA105

阀座：ASTMA105+STL6

阀瓣(闸板)：ASTMA216WCB+STL6或ASTMA105+STL6

阀杆：ASTMA182F6aCL2

密封圈:柔性石墨圈+304

中法兰螺栓/螺母：ASTMA193B7M/ASTMA1942HM

填料：含碳量＞99.7%；耐温＞610℃；摩擦系数＜0.1；缓蚀剂耐温＞700℃；不锈钢丝≥0.1mm，每股内含钢丝数≥3根

加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门材料配对的基本原则：主体材料为WC6/F11阀门的基本材料配对原则：

阀体：ASTMA217WC6/ASTMA182F11CL2

填料箱：ASTMA182F11CL2

阀座：ASTMA182F11CL2+STL6

阀瓣(闸板)：ASTMA217WC6+STL6或ASTMA182F11CL2+STL6

阀杆：ASTMA182F6aCL2

密封圈:柔性石墨圈+304

中法兰螺栓/螺母：ASTMA193B16/ASTMA1944

填料：含碳量＞99.7%；耐温＞610℃；摩擦系数＜0.1；缓蚀剂耐温＞700℃；不锈钢丝≥0.1mm，每股内含钢丝数≥3根

加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门材料配对的基本原则：主体材料为CF8C/F321(F347)阀门的基本材料配对原则：

阀体：ASTMA351CF8C/ASTMA182F321(F347)

填料箱：ASTMA182F321(F347)

阀座：ASTMA182F321(F347)+STL6

阀瓣(闸板)：ASTMA351CF8C+STL6或ASTMA182F321(F347)+STL6

阀杆：ASTMA182F321(F347)

密封圈:柔性石墨圈+321(F347)

中法兰螺栓/螺母：ASTMA193B8/ASTMA1948填料：含碳量＞99.7%；耐温＞610℃；摩擦系数＜0.1；缓蚀剂耐温＞700℃；不锈钢丝≥0.1mm，每股内含钢丝数≥3根

加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门的结构关键点：减少应力集中区域，防止应力腐蚀在结构设计时对拐角区，最大限制的加大过渡区圆角半径，使阀体壁厚从小到大平缓过渡，对所有的与介质接触的承压部件设计时不得出现尖角，全部用圆角过渡。

该做法可以防止由于介质中的H2S浓度、PH值和应力等因素造成阀门应力集中薄弱区域出现硫化物应力腐蚀裂纹（SSC）的情况。加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门的结构关键点：密封性能的保证阀门中腔密封采用柔性石墨复合圈，外部采用包边包角的结构，防止柔性石墨复合圈在高温高压下被挤出。内部采用金属丝网加强的结构，保证柔性石墨复合圈的承压和成形能力。加氢装置阀门

—研发概况加氢装置阀门的设计计算：设计中，我们不仅参考了相关ASME

、API、BS标准对阀门的密封比压、开关力矩计算以及主要零件进行强度分析，还利用核级阀门的研制经验率先引入了核电阀门相应规范中的应力分析法对加氢阀门承压壳体的形状规则、一次和二次应力分布情况进行了仔细分析和计算。加氢装置阀门

—阀门计算分析加氢装置阀门的实体造型：利用从美国引进的I-DEAS等三维分析软件进行了实体造型和装配模拟，以检查零件间有无干涉、间隙是否合理。加氢装置阀门

—阀门计算分析加氢装置阀门的有限元分析：对主要零件（如阀体、阀盖）进行三维应力和应变的分析，并将此模拟分析与理论计算进行互相对比论证，提高分析的效率和准确性，寻找薄弱环节，从而改进设计。模型网格划分压力边界和载荷加氢装置阀门

—阀门计算分析加氢装置阀门的有限元分析：应力分布图应变分布图对主要零件（如阀体、阀盖）进行三维应力和应变的分析，并将此模拟分析与理论计算进行互相对比论证，提高分析的效率和准确性，寻找薄弱环节，从而改进设计。加氢装置阀门

—阀门计算分析加氢装置阀门的铸造工艺：我厂于94年对加氢阀门铸件质量进行攻关起，历经数年的时间，进行无数次试验，先后动用了上钢五厂的真空炉、上海大隆厂的VOD炉、以及AOD炉等设备，聘请了日本铸造专家（邦夫、佐佐木）进行讲课和座谈，终于在97年底获得成功。我们在研制过程中逐步从工艺、型砂、冶炼等方面，通过修改浇冒口、木模、浇铸方法、更换型砂、采用扫描电镜分析裂纹断面、断裂机理、能谱分析、成份改变等方法解决了加氢阀门厚壁铸件质量疏松、平均分布铁素体含量减缓裂纹扩展等一系列的铸件质量问题。加氢装置阀门

—关键工艺与检测加氢装置阀门的锻造工艺：锻造阀体与铸造阀体相比，组织致密、质量易保证，表面质量好，但大口径阀门锻造较困难。我们在锻造前经反复试验，收集数据，然后确定锻造工艺，锻造时严格控制始锻温度、终锻温度、变形程度和变形速度，按工艺规程规定的冷却方法进行冷却。对锻成品进行化学分析、拉伸试验、冲击试验、硬度试验、晶粒度测定、非金属夹杂物检验、晶间腐蚀检验等，经分析、试验、测定、确保了材质符合设计要求。加氢装置阀门

—关键工艺与检测加氢装置阀门的焊接工艺：密封面堆焊层的质量对阀门的密封性是至关重要的。首先，我厂对由中石化茂名石化分公司提供的从日本进口的一台加氢阀门进行了一系列的分析试验。对中腔密封面处的母材、堆焊层作化学成份分析、断面宏观金相分析及硬度试验，通过试验分析确定中腔堆焊材料，并对此进行了多次焊接工艺评定试验，取得了经验。在焊接上总共累计进行大小试验数十次，获取有价值的数据近百个，从而制定了最为合适的工艺流程，使铸件本体、补焊区及补焊热影响区通过检验都符合了加氢阀门的要求。加氢装置阀门

—关键工艺与检测加氢装置阀门的无损检验：

加氢阀门无损检测立足于ASME规范，但在检测方法、检测部位、验收和评定等级等方面的又超越了ASME规范，以满足加氢工况对材料的苛刻要求。对于铸件和锻件，除了进行射线检查和超声波检查外，还进行了全表面磁粉检查和液体渗透检查，以控制裂纹和微裂纹，消除应力腐蚀的潜在根源。加氢装置阀门

—关键工艺与检测加氢装置阀门的高压气密封试验：

2009年我公司引进了的阀门高压气泵装置，为加氢阀门的检测手段又增添的一个新的途径——高压气密封试验。

高压气泵试验压力范围：0～42MPa

高压气泵设备能力范围：2”≤DN≤10”、900lb≤PN≤1500lb；2”≤DN≤8”、PN=2500lb

加氢装置阀门

—关键工艺与检测加氢装置阀门的中腔密封试验：

中腔密封试验是用以验证阀门密封圈与填料箱、密封圈与阀体内腔之间密封面的密封性能，确保加氢阀门的可靠性。

加氢装置阀门的样机模拟试验：加氢装置阀门样机在我公司高温高压实验室按350℃、17MPa进行高温高压试验，以考证其结构的可靠性。

加氢阀门在质量控制方面目前没有统一的规范，每个制造商根据自己对此类阀门安全性的自创判定质量控制规范。苏阀根据自身对加氢阀门安全性的理解以及多年制造核电阀门的经验创造性地将核级阀门质保体系应用于加氢阀门，确保产品质量。参考ASME第三卷核级阀门质量保证的要求，建立了加氢阀门的质量控制管理体系。按照节点控制体系，每台加氢阀门都有完整的一台一档的质量文件，阀门主要零件都具有可追溯性和质量保证。加强对于铸造工艺、锻造工艺、焊接热处理、无损检验以及金相、性能试验等关键工序控制。一个制造节点满足控制要求后再转入下一个制造节点，每个零件根据功能及安全性要求在制造过程中分成若干控制节点。加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门的零件功能分类：我们将加氢阀门的各零件根据其在产品结构中的功能及对产品性能、寿命、可靠性、安全性、互换性影响的大小分为“关键”、“重要”、“一般”三类进行分类管理，分类原则如下：A级件（关键件）：为阀门的承压件及主要功能件，这些零件的损坏将导致介质外泄或内漏，从而导致严重后果。包括：阀体、阀盖/填料箱、闸板/阀瓣、中法兰紧固件、阀杆。B级件（重要件）：除关键件之外的所有可导致介质外泄或内漏的零件。包括：阀座、中法兰金属垫片/密封圈等压力边界上的零件、四开环、销轴、摇杆、阀杆螺母等。C级件（一般件）：除关键件和重要件之外的所有零件，包括：支架、密封座、压套、压板等其余零件。加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门的铸件质量控制：硫磷有害杂质元素的含量应分别小于0.02%。每批铸件至少抽检一次化学成分和机械性能试验，试验结果应符合ASTM标准要求。铸造工艺评定每批铸件应抽检一次金相结构和侵蚀试验，试验按ASTME381标准进行。碳素钢晶粒度不低于ASTME112标准中5级要求；不锈钢晶粒度不低于ASTME112标准中7级要求；无枝晶和柱状组织；非金属夹带物不低于ASTME45标准；无尺寸大于ASTME45标准中2.5级的偏析和带状不均匀组织；无条状夹渣和裂纹。加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门的铸件质量控制：外观检查应逐件进行，且不低于MSSSP-55标准中B级要求。承压铸件应逐件进行射线探伤，检查方法和质量评定按ASMEB16.34、MSSSP-54标准进行。气孔（A）：不小于2级。夹砂（B）：不小于2级。缩孔（CA、CB、CC、CD）不小于2级。热裂纹和冷裂纹（D、E）:无。夹杂、麻孔（F、G）:无。加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门的铸件质量控制：承压碳素钢铸件应逐件进行磁粉探伤，检查按ASTME709标准进行。无任何热裂纹和冷裂纹。任何线性显示的长度不大于2mm。单个圆形缺陷的尺寸不大于4mm。密集缺陷(指尺寸小于0.5mm的集中缺陷)累积长度在任何100mmX100mm的面积中不大于2mm。加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门的铸件质量控制：承压不锈钢铸件应逐件进行液体渗透探伤，检查按ASTME165标准进行。无任何热裂纹和冷裂纹。任何线性显示的长度不大于2mm。单个圆形缺陷的尺寸不大于4mm。密集缺陷(指尺寸小于0.5mm的集中缺陷)累积长度在任何100mmX100mm的面积中不大于2mm。奥氏体不锈钢材料每批应抽检一次晶间腐蚀试验。试验方法和试验结果应符合ASTMA262中E法的要求。加氢装置阀门的锻件质量控制：硫磷有害杂质元素的含量应分别小于0.02%。每批锻件至少抽检一次化学成分和机械性能试验，试验结果应符合ASTM标准要求。每批锻件应抽检一次金相结构和侵蚀试验，试验按ASTME381标准进行。碳素钢晶粒度不低于ASTME112标准中5级要求；不锈钢晶粒度不低于ASTME112标准中7级要求；无枝晶和柱状组织；非金属夹带物不低于ASTME45标准；无尺寸大于ASTME45标准中2.5级的偏析和带状不均匀组织；无条状夹渣和裂纹。加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门的锻件质量控制：承插焊和对接焊连接锻造阀体，应逐件检查连接端硬度，验收按相应ASTM标准规定。承压锻件应逐件进行超声波探伤，检查方法和质量评定按ASTMA388标准进行。单个圆形缺陷尺寸应不大于当量直径Φ2mm。无密集缺陷，50cm3范围，当量直径Φ1.5mm不超过5个缺陷回波显示。加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门的锻件质量控制：承压碳素钢锻件的焊接端部和应力集中区域应逐件进行磁粉探伤，检查按ASTMA275标准进行。

无任何裂纹和白点。任何线性显示的长度不大于2mm。单个圆形缺陷的尺寸不大于4mm。密集缺陷(指尺寸小于0.5mm的集中缺陷)累积长度在任何100mmX100mm的面积中不大于2mm。加氢装置阀门

—质量控制加氢装置阀门的锻件质量控制：承压不锈钢锻件的焊接端部和应力集中区域应逐件进行液体渗透探伤，检查按ASTME165标准进行。

无任何裂纹和白点。任何线性显示的长度不大于2mm。单个圆形缺陷的尺寸不大于4mm。密集缺陷(指尺寸小于0.5mm的集中缺陷)累积长度在任何100mmX100mm的面积中不大于2mm。任何承压部