上海申弘閥門有限公司
1概述
通常將油、氣中H2S體積分數超過1.5%定義為高含硫油、氣的環(huán)境。目前世界上的高含硫天然氣田含硫量差異較大，為10%～20%。我國現已開發(fā)了多個高硫天然氣田，其中含12.31%～17.05%H2S，7.89%～10.53%CO2，地層水中氯離子含量為28.2～64.6g/L，原料氣含有機硫0.34g/m3，其中硫氧碳0.32g/m3，甲硫醇22.8mg/m3，乙硫醇1.6mg/m3并含飽和水蒸汽等。輸送天然氣管道中使用的閥門主體壽命不應低于30a，并具有可靠的密封、防火和防靜電功能，當閥腔異常升壓時有自動泄壓功能，還具有輔助密封結構及雙阻塞排污結構等。在高含硫天然氣田H2S和CO2共同存在的條件下，影響材料腐蝕的主要因素是水中Cl－含量、元素硫、H2S和CO2分壓及溫度等。因此閥門材料的選用及質量控制極為重要。一般所謂氣田是指天然氣組分中以烷烴氣（甲烷、乙烷、丙烷和丁烷）占優(yōu)勢的氣田。如果天然氣組分中硫化氫含量在70%以上可稱硫化氫氣田。通常把天然氣中硫化氫含量在2—70%的氣田，即30780mg/m3至1077300mg/m3叫高硫化氫氣田。據了解，該產品具有流阻小、流量大和可通清掃器的功能，且有啟閉輕巧等優(yōu)點，可廣泛用于含硫油品及天然氣的開采和集輸、石油和天然氣的輸送管線、煉油廠等工況，作為控制介質流通和截止的啟閉裝置。根據工程的需要，該閥門有手動、傘齒輪傳動、防爆電動等傳動方式。該閥門還設計有閥位開關指示、閥桿保護罩、防止誤操作的保護鎖等，能確保該閥門安全運行，避免發(fā)生誤操作。該產品采用單閘板硬密封，浮動“技術”的閥座，保證雜物不會進入閥座后面，具有防火和防靜電功能，閥門的毛坯鑄造為該公司冶煉、鑄造。特殊結構的“”彈性防火閥座，克服了以往只能用O型橡膠圈的局限性，將彈性閥座的平板閘閥應用領域擴展到了高溫和高壓領域。“高壓平板閘閥”已經在2007年10月由的中國石化和中國石油設計院及專業(yè)大學、中國神華集團、中國閥門協會的專家，進行了省級投產鑒定，。有關專家認為，該閥門的研制成功及應用對推動我省機械及石油行業(yè)的經濟技術化起了關鍵作用，在國內也產生了較大影響，在市場應用中具有非常廣闊的前景。
2工況分析在高含硫酸性環(huán)境中使用的抗高硫鋼通常碳含量低于0.25%。抗高硫鋼生產過程中應盡量控制P、S、Ni、Cu、Cr、Mo及V等雜質的含量。酸性環(huán)境中在有自由水存在的情況下，H2S與金屬間的化學反應會被陽極反應和陰極反應所促進。
陽極：Fe←→Fe
++
+2eH2S+H2O←→H++HS－+H2OHS－+H2O←→H++S=+H2O
陰極：2e+2H++Fe++
+S=→2H+FeS總反應為Fe+H2S→H2O
→FeS+2H。
其中反應產物之一的氫原子（H）能夠穿透鋼材，并能沿著晶界遷移。同時，反應會出現金屬的失重腐蝕，腐蝕斑點（點蝕），氫開裂（HIC）和起泡，氫脆和硫化物應力開裂（SSC>等現象。
3材料選擇
閥門材料應符合ASMEB16.34、NACEMR0175/ISO15156和相關標準的要求。閥門的性能應能滿足閥門所處工況的要求，并能保證使用壽命。一般情況下，球閥用于輸送天然氣的管線。平板閘閥用于輸送原油及成品油管線。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(jié)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。而當天然氣管線公稱壓力為15～42MPa（CL900～2500）時，若用球閥則其開、關扭矩過大，應選用中口帶內壓自密封的金屬/金屬密封平板閘閥。輸送介質為高硫天然氣時，平板閘閥（含高壓截止閥）閥體和閥蓋采用抗高硫的專門冶煉的抗硫鋼ASTMA216WCB、WCC或A352LCC。用于抗高硫腐蝕用WCB、WCC的閥門主體材料（體、蓋、閘板或閥瓣）應采用電弧爐冶煉的低碳、超低硫及低磷的細晶粒的全鎮(zhèn)靜純凈鋼。用Si－Ca合金作脫氧材料，終脫氧用Al或加Ti變質處理。冶煉、鑄造時必須對其夾雜物進行控制，使其鑄件金相組織小可能出現非金屬夾雜物，并且不能有明顯的柱狀偏析。抗硫腐蝕低碳鋼鑄件的化學成分，應滿足C≤0.22%，S≤0.015%，P≤0.020%，碳當量［CE］＜0.42%。抗硫腐蝕低碳鋼鑄件的熱處理為退火或正火+高溫回火，以獲得均勻的抗硫性能良好的回火索氏體。在顯微組織中，不允許有未回火的馬氏體組織存在。鑄鋼件熱處理后，其硬度≤200HB。4質量控制
4.1材料控制
（1）鋼材應采用電爐冶煉，精煉爐精煉，真
空脫氣工藝生產的細晶粒全鎮(zhèn)靜純凈鋼。應對非金屬夾雜物進行控制，使其小可能的出現非金屬夾雜物，并進行球化處理，應無明顯柱狀偏析和帶狀組織。鋼中A、B、C及D類非金屬夾雜物級別限制如表1所示（按ASTME4方法檢驗），顯微帶狀組織≤2.0級。
（2）鍛制閥體的有效鍛造比不應小于3，成品鍛件應具有均勻的鍛造組織。
（3）鍛制閥體應采用正火或正火+回火處理，熱加工和熱成形不能代替正火處理。
（4）閥體材料應進行抗硫限定，應保證鍛件P≤0.015%、S≤0.008%，鑄件P≤0.020%、S≤0.015%。閥體任何一處的硬度不應超過200HB。屈服強度σs＜345MPa。碳當量CE＜0.42%，CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15，且Ni＜1%。
（5）所有涉酸材料都應符合NACEMR0175/ISO15156的相關要求。
（6）閥門不允許采用焊接結構。4.2
無損檢測
（1）按照ASMEB16.34規(guī)定的關鍵部位對閥門鑄件進行99%射線檢測，對鍛件進行99%超聲波檢測，按ASMEB16.34附錄I和附錄IV中規(guī)定的驗收標準驗收。
（2）承壓鍛件或鑄件機加工后應逐件進行99%滲透檢測，滲透檢測應按照ASTME165方法B的規(guī)定執(zhí)行，合格級別為I級。
（3）堆焊鈷基合金的零部件及閥門堆焊面，應按照ASTME165方法B進行99%液體滲透檢驗。4.3
抗硫評定對用于閥體的原材料，應在熱處理之后抽取試樣按照要求進行試驗，其中有標準的（HIC、SSC）和模擬工況的（SSC）試驗（表2）。CLR≤15%，CTR≤5%，CSR≤2%，氫鼓泡數量為單個試樣表面的氫鼓泡面積不超過試樣面積的1%，且任何一個氫鼓泡的直徑不超過1mm，試驗報告中應注明試驗前后溶液的pH值和HIC裂紋的照片以及試樣表面的氫鼓泡數量和尺寸試件的受拉伸面在低倍顯微鏡下放大10倍檢查，試件受拉伸面無可見SSC裂紋
試件的受拉伸面在低倍顯微鏡下放大10倍檢查，試件受拉伸面無可見SSC裂紋
4.4過程質量控制卡
為了確保閥門產品在生產制造過程中，生產有序，控制得當，結合多年來生產過程控制的實際，制訂了抗高硫閥門過程質量控制卡（表3）。表3
抗高硫閥門過程質量控制卡序號控制環(huán)節(jié)控制點操作要點工作依據相關記錄責任人1合同評審評審依據合同保證成本、質量及交貨期銷售合同、技術協議、程序文件及與顧客有關過程控制程序等合同評審記錄等…2圖紙設計設計評審消化技術協議、相關標準的要求相關標準、技術協議、程序文件及設計開發(fā)控制程序等設計評審記錄等…
3工藝設計工藝適應性鑄（鍛）件毛坯圖、工藝、工裝、夾具、材料消耗定額產品圖紙、設備運行狀況、工裝需求、相關標準、規(guī)定及程序文件工藝控制程序等技術文件發(fā)放記錄等
4鑄造冶煉和熱處理嚴格執(zhí)行冶煉、造型、澆鑄、清理、熱處理等工藝相關工藝文件及特殊和關鍵過程控制程序等鑄件材質證明書、相關質量記錄和外觀檢驗記錄等
5鍛造爐溫及熱處理控制始鍛溫度及終鍛溫度、檢驗鍛件尺寸、熱處理檢驗機械性能材料標準、圖紙、鍛造工藝守則及特殊和關鍵過程控制程序等熱/鍛零件加工路線卡、測試報告等…
6
材料零部件外購評價分供方資質嚴格執(zhí)行采購計劃、合同、協議等材料消耗定額、生產車間申報計劃、采購控制程序、分供方的選擇和評價控制程序等材質證明或必要的質量記錄
7外購物資進貨檢驗進貨檢驗外觀、性能及化學成分外購物資檢驗申請、外購物資檢驗規(guī)程及采購產品檢驗程序等復檢報告、入庫物資檢驗記錄等…
8
機械加工加工及檢測設備、儀器和工裝精度加工尺寸符合圖紙要求產品圖紙、機加工工藝守則等零部件發(fā)套卡、閥門零件加工路線卡等
9密封面焊接
焊工資格、焊材質量根據母材材質及密封要求材質選擇相應工藝閥門通用焊接工藝守則、焊接工藝評定及特殊和關鍵過程控制程序等閥門零件焊接工藝記錄卡
10熱處理溫度
控制加熱溫度、保溫時間及冷卻方式熱處理工藝守則及特殊和關鍵過程控制程序等熱處理生產和操作記錄
11無損檢測檢測人員資格控制好檢測部位
產品圖紙技術要求、各專業(yè)無損檢測工藝及無損檢測控制程序無損檢測報告、記錄…12裝配研磨、清洗檢查零件符合圖紙要求、零件表面清潔無污物裝配工藝守則、產品裝配圖及特殊和關鍵過程控制程序等閥門裝配、試壓、出廠檢驗路線表…13
壓力試驗
試驗設備完好試驗時注意安全，外表無滲漏產品裝配圖、相關標準、產品性能試驗規(guī)程及產品檢驗與試驗控制程序等閥門裝配、試壓、出廠檢驗路線表、閥門性能試驗記錄…
14涂漆油漆噴涂表面清洗干凈，先噴底漆再噴面漆產品噴漆工藝指導書、客戶要求等閥門裝配、試壓、出廠檢驗路線表…15出廠檢驗外觀及尺寸、產品合格證、產品銘牌符合要求產品圖紙、技術協議、合同要求等閥門裝配、試壓、出廠檢驗路線表設計改進較為合理。
測試過程
閥門的檢驗與測試均應遵循ISO5208、API6D、API602、ASMEB16.34及ISO15848－2的要求。檢驗和測試應在閥門表面處理和噴漆前進行。
（1）防靜電試驗，試驗數量不應少于閥門數量的5%。
（2）99%閥門扭矩試驗。
（3）99%閥腔的泄放試驗。
（4）閥體液體強度試壓。
（5）全壓差下開閥試驗，記錄開閥時所需扭矩。
（6）閥門上密封試驗。
（7）閥座液體密封試驗。
（8）閥座低壓氣體密封試驗。
（9）高壓氣體強度試驗。
（10）微泄漏檢驗。
| 序號 | 物資名稱及型號規(guī)格 | 單位 | 數量 |
| 1 | 鋼法蘭截止閥J41H-25 DN100 | 個 | 2 |
| 2 | 抗硫鋼制楔式閘閥 KJ41H-25 DN100 | 個 | 8 |
| 3 | 鋼制楔式閘閥Z41H-25 DN40 | 個 | 5 |
| 4 | 防爆撓性連接管 LCNG-S25X700-25/25TW | 根 | 4 |
| 5 | 防爆撓性連接管 LCNG-S25*700 | 根 | 78 |
| 6 | 防爆撓性連接管 LGNG-S32*1000 G11/4（外）/G11/4（內) | 根 | 4 |
| 7 | 防爆撓性連接管 FNG-25*1000 | 根 | 16 |
| 8 | 防爆撓性連接管 LGNG-S50*700-50/50TW | 根 | 2 |
| 9 | 升降式止回閥H41H-25 DN100 | 套 | 1 |
| 10 | 抗硫鋼制楔式閘閥 KZ41H-25 DN100 | 套 | 3 |
| 11 | 鋼制楔式閘閥 Z41H-50 DN40 | 套 | 4 |
| 12 | 鋼制楔式閘閥 Z41H-25 DN100 | 套 | 7 |
| 13 | 抗硫升降式止回閥 KH41H-25 DN40 | 套 | 1 |
| 14 | (齒輪式）CPVC蝶閥DN100 PN10 | 套 | 6 |
| 15 | (齒輪式)CPVC蝶閥 DN80 PN10 CP-821 | 套 | 3 |
| 16 | 管道用阻火器 PN2.5 DN100 | 套 | 1 |
6結語
高硫天然氣集輸工程用閥門材料的選擇、質量控制及檢驗項目應按NACEMR0175/ISO15156及相關抗硫閥門材料規(guī)范及客戶對材料的特殊要求進行選擇材料。必須對材料的化學成分、力學性能、晶相分析、非金屬夾雜物等進行檢驗。閥體承壓部件所用材料必須經過標準的（HIC、SSC）和模擬工況的（SSC）試驗，或取得相同運行工況的成功經驗。對裝配完成的閥門除進行API6D、API598等標準規(guī)定的試驗項目外，還應進行高壓氣體強度并ISO15848－2進行微泄漏試驗。
參考文獻
〔1NACEMR01752003MetalsforSulfideStressCrackingandStressCorrosionCrackingResistanceinSourOilfieldEnviron-ments〔S〕．
〔2〕ISO15156－2009PetroleumandnaturalgasindustriesMaterialsforuseinH2S－containingenvironmentsinoilandgasproduc-tion〔S〕．
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〔4〕郭志軍．油氣田高含H2S、CO2和Cl－環(huán)境下壓力容器腐蝕機理研究進展〔J〕與本文相關的論文有：五陽煤礦應用閥門案例
客服1號