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天然气行业的阀门选型——进口阀门在燃气行业的应用

作者: 美国MILLER米勒阀门中国运营中心 时间:2022-09-02 15:32:31 阅读:166

Abstract
摘要

本文在分析目前国内燃气阀门现状的基础上,笔者结合工作实际,对燃气阀门的相关标准、材质选用、阀门类型选择及阀门使用工况等加以分析和比较,仅供燃气行业工程阀门选型参考。




前言


在城镇燃气的制气、净化、储存、输配和应用的过程当中,凡是需要切断、变向、分流、止回、泄压、稳压以及旁通等,都必须安装阀门。阀门的应用十分广泛,根据石化行业的权威统计,阀门在工程项目的总投资中所占比例达到8%。由于天然气是易燃易爆物质因此保证阀门在运行周转中的安全可靠性就显得尤为重要。



1. 燃气阀门现状


20世纪80年代以前,国内没有天燃气专用阀门,只能沿用水阀门代替。改革开放以来,经济建设的发展促进了燃气制造业的发展,阀门生产厂家开始注重研制燃气用阀门,当时主要从结构的设计来克服煤制气中含有较多的杂质,尤其是焦油、芳香烃和粉尘混合形成的”煤气胶”影响阀门密封或”咬死”阀杆的问题。


近年来,越来越多的天然气阀门投入市场,虽然天然气较煤制气沽净干燥,然而其管网压力较煤制气高。在燃气微量杂质中仍含有粉尘、不饱和水分、硫化氢、焦油、苯和萘等,介质对阀门内腔加工面和密封件形成较强的冲击力,因此要求阀门零部件在承受各种外力作用是不发生变形和动作失灵,同时应选择密封面与介质不接触的密封方式。



2. 阀门标准的选用


我国工业及市政管线用阀门,是参照前苏联国家标准(ROCT)制定成的JB标准体系随着科技的发展,燃气行业也引进了不少欧美技术设备。根据阀门的实际使用情况来看,同类型的欧美阀门比JB阀门结构长度短、重量轻、占空间小、寿命长、操作填料密封结构较优且不易发生内、外漏因此有必要考虑按美国ANSI、ASME、API标准,德国DIN标准,英国BS标准以及日本JIS标准设计、制造阀门在国内生产及推广应用促进国标GB阀门标准体系13趋完善。下表1为三种不同标准生产的阀门结构长度对比,由表可以看出,同口径的阀门中,JB标准只有长系列而没有ASME标准中的短系列阀门。



3. 阀门材料的选型


根据输气管网的压力,选用合适的阀门壳体材质既要满足管网的安全运行,又要降低成本,选用时要注意以下几点:


1)经过脱硫处理的天然气依然含有少量的硫化氢,这是一种有毒且腐蚀性极强的气体,它和铁反应生成硫化铁,呈片状剥落,腐蚀机械设备,此管线阀门选材要选抗硫的耐腐蚀材料。


2)对于议P≤0.2MPa的城市中低压输气管网,建议选用灰铸铁阀门。虽然灰铸铁强度和塑性较低(片状石墨割裂基体、易引起应力集中)、脆性大,但由于其具有良好的耐腐蚀性能以及低廉的价格,受到广泛的欢迎。因此从成本的角度出发,建时采用灰铸铁阀门。


3)对于0.2MPa<P≤0.8MPa时建议选用球磨铸铁或铸钢阀门,优先选用球磨铸铁阀门。因为就力学性能而言,二者相当,但球磨铸铁的防腐蚀性能和铸造工艺都优于铸钢,而价格却只有铸钢阀门的70%,值得注意的是,若选用球磨铸铁,需加强对球磨铸铁材质的质量加以监控三种材料的各种参数见下表2。


4)对于P>0.8MPa时,建议选用铸钢阀门。


5)PE球阀,近年来,各地天然气公司越来越多地在中低压(P≤0.4MPa)端使用PE球阀。PE球阀可直埋,密封性能较好,但进口价格较高,特别是DN100以上的球阀。目前PE球阀处于推广使用阶段,反响效果不一,还需不断总结经验。



4. 常用阀门的特点


阀门本质上是一个节流机构,当介质通过节流机构时会产生压力损失,其大小主要取决于介质与阀门密封部件的摩擦阻力。当在燃气工程上使用时,常选用的阀门有闸阀、球阀、蝶阀、截止阀等,各个阀门的优缺点如下:


1)闸阀

闸阀的启闭件是阀板,阀板的启闭方向与流体方向垂直:通道一般为全通径,故压力降较小闸阀广泛地应用于各种介质的启闭,当部分开启时在阀板背面会产生涡流,易引起阀板的侵蚀和振动,也易损坏阀座的密封面,因此闸阀一般作为开关阀使用,不做节流用。闸阀的主要性能特点如下:


①适用于含砂质粉尘,黏性微量杂志和腐蚀性较强的气体;


②适用于做切断阀用,不宜用于进行流量调节;


③外形尺寸较大,开关操作慢,启动杆提升转数多;


④密封面易引起冲蚀和擦伤,且密封面磨损不易修复,加工也较复杂;


⑤密封要求较高的场合宜选用双闸板阀;


⑥压力、温度较低、密封要求不高的场合宜选用平行式闸板,其闸板、密封面检修相对容易,零部件可靠性好;


⑦连接尺寸小。


2)球阀

球阀的启闭件是为一中间有通道的球体,球体环绕自己的轴心做90°旋转以达到开启和关闭的效果由于球阀的球体和阀座之间的运动带有擦拭的作用,因此球阀可适用于带有悬浮颗粒的介质。但是带有磨损颗粒的固体会损坏软密封阀座和球体的表面,对带有较长和韧性较大的纤维材料的介质,使用球阀时也会因为这些纤维缠绕在球体上而出现问题球阀的主要特点归纳如下:


①球阀通道平整光滑、阻力小、启闭迅速、操作方便;


②球阀结构简单、但对密封面的加工要求较高;


③密封性能好,全开或全关状态密封面均不与介质直接接触,因此密封面不易擦伤;


④密封面易引起冲蚀和擦伤,密封面磨损不易修复,加工也较复杂;


⑤除了v型球阀以外,其他球均不能作为调节阀用;


⑥适用于高温、高压和低温以及黏性较大的介质;


⑦为了防止中腔压力过高,可采用DBB结构的阀门或在阀门中腔安装超压放散装置;


⑧PE球阀适用于中低压埋地天然气PF管线上,与金属球阀相比,虽然强度低、耐高温性能差些,但其寿命长,投资效益高。


3)蝶阀

蝶阀的关闭件是一个圆盘形的阀板,在阀体内绕自身的轴线旋转,从而达到启闭或调节流量的作用。蝶阀的阀杆和阀板本身没有自锁能力,但为了阀板的定位,在阀门斤闭的手轮、涡轮蜗杆或执行机构上需加装定位装置,使阀门在任何开度可定住,还能改善蝶阀的操作特性。


和其它形式的阀门相比,蝶阀有下列优点:


①蝶阀的尺寸比同规格的其他阀门小得多,易于配管布置;


②蝶阀重量轻,故在工程设计中对管系支架的设计要求大大降低;


③由于尺寸小、重量轻的原因,其价格与同规格的其他阀门相比,便宜许多;


④启闭迅速、流阻小、操作方便;


⑤在阀板开启15°一70°之间时,流量与阀板的开启角度呈线性关系,因而可做调节阀使用;


⑥大口径偏心结构的蝶阀密封性能优良,耐压力高,寿命长,有取代闸阀、截止阀和球阀的趋势。


4)截止阀

截止阀的启闭件是塞性阀瓣,通过调节阀瓣的升降从而达到启闭或调节流量的作用由于流经阀门时有流体方向的改变,因而阻力较大但通过阀座流量的变化与与阀瓣的行程呈正比的关系,根据这一特性,截止阀非常适用于对流量的调节。在美国,闸阀主要用于切断,截止阀主要用于流量调节,在欧洲,有的截止阀是按照切断阀设计的,这种截止阀采用平面阀座,阀空直径较大适用于当切断阀而不用于调节我国生产的截止阀两种都有,在选用前,要对选用阀门产品有所了解。


截止阀的主要特点归纳如下:


①由于阀门自身的结构特点,故流体流经阀门时压力降较大,Y型截止阀相对较小;


②流体向上流过阀座时,阀座上有沉积物时影响阀座的密封性能,一般不用于有悬浮物固体的流体及黏度较大的介质;


③价格虽然较低,但由于密封性较差,不宜作为放空阀和低压真空系统的启闭阀;


@DN150以上时,其价格比闸阀相比要贵些,节流性能也会较差,故一般只用于DN150及以下;


⑤所需启闭扭矩比同直径的闸阀要大,但阀门的启闭行程较短,故启闭时间比闸阀也要短些。



5. 燃气阀门的选型建议


根据以上各个阀门的结构特点和实用工况,对于地下管网的阀门,根据不同的压力级制,我们推荐:


①当管网压力P≤0.2MPa时,推荐使用直埋式燃气灰铸铁平行双闸板埋地闸阀;


②当管网压力0.2MPa<P≤0.8MPa时,推荐使用直埋式燃气球墨铸铁平行双闸板埋地闸阀或弹性平板埋地闸阀,关键部位推荐使用燃气球阀;


③当管网压力0.8MPa<P≤2.5MPa时,推荐使用直埋式燃气铸钢弹性平板埋地闸阀和固定球燃气球阀;


④当管网压力P>2.5MPa时,推荐使用固定球燃气球阀。


总结


随着我国燃气事业和科学技术的不断发展,类似于PE球阀等新材料、新品种阀门将更多地应用于燃气行业。因此燃气阀门的选用标准也应不断的改进,以适应燃气用户的需要。