乙烯装置高温高压Y型截止阀国产化开发.pdf

动设备 石 油 化 工 设 备 技 术 ， 2 0 1 1 ， 3 2 2 5 9 P e t r oc h e m i c a l Equ i p m e nt Te c hn ol o gy 乙烯装置高温高压 Y型截止 阀国产化 开发 张 宝 江 中国石化工程建设公司 ， 北京 1 0 0 1 0 1 摘 要 介绍 了高温 高压 Y 型截止 阀的 国产化 开发 ， 阐述 了该 类 阀 门的 结构特 点、 计算 方法和试 验验 证 。针对 乙烯装置工况特点 ， 在 阀 门设 计、 工 艺、 加 工制造 和试验 等方面进行 了大量的改进和创新工作 ， 通 过 创新结构的运用 ， 国产化 阀 门在高温高压使 用工况下 ， 其 动作的 可靠性、 密封可靠性 和流通能 力都达到 国际 先 进 水 平 。 关键词 高温高压 Y型截止阀 结构 分析 试验 随着 国 内乙烯 装 置 的大 型 化 ， 与 之 配套 的大 尺寸 高温 高压 阀 门需 求 迫切 。就 每年百 万 吨乙烯 装 置 高温 高压 Y 型 截 止 阀而 言 ， 长期 以来 ， 这 些 具 有 高技术 含 量 、 高 附加 值 的 阀 门一 直 引 进 。为 打破外商垄断 ， 确保建设工期 ， 降低投资成本 ， 中 国石化集团物资装备部实施 了乙烯装置高温高压 阀 门的国产 化开 发 项 目 ， 组 织 中 国石 化 工 程 建 设 公 司 、 中核苏 阀及 用户 单位 成立 开发 小组 ， 确定 了 高 标准 的攻关 课 题 ， 项 目采 用 创新 的结 构 设 计 和 模 拟工 况 的性能试 验 ， 从设 计 、 制造 和试验 各环 节 保证 了项 目的先进 性 和可 靠 性 。各 项 数 据 表 明 ， 国产化 阀 门的整机 性 能 已经 达 到 国外 厂家 的先 进 水 平 。 1 介 绍 1 设计 参 数 介质 为超 高压 蒸汽 ； 公称 压力 为 2 5 0 0 l b ； 公 称 通径 为 1 ／ 2 ～2 O i n ； 阀体 材质 为 WC 9 ／ F 2 2 ； 设 计 温度 为 5 3 8 C； 设计 压力 为 1 3 ． 3 1 MP a 。 2 设 计标 准 和规 范 2 7 9 0 0 MP --S P 0 5 0 0 0 1阀门规格 书 ； AS ME B 1 6 ． 3 4法 兰 端 、 螺 纹 端 和 焊 接 端 阀 门 ； AS ME B 1 6 ． 2 5 对 接焊 端 ； AS ME B 1 6 ． 1 0阀 门结 构长 度 ； AP I 5 9 8阀门检验 和试 验 。 2国产化 开 发 2 ． 1 创 新的 结构设 计 针 对 乙烯 装 置 工 况 特 点 ， 本 项 目在 设 计 、 工 艺 、 加 工制造 和 试 验 等方 面进 行 了大 量 的 的改 进 和创新 工作 ， 通 过创新 结 构 的运 用 ， 国产 化 阀门在 高温高压工况下 ， 其动作的可靠性、 密封可靠性和 流 通能力 都 达到 国际 先 进水 平 ， 本 项 目主 要创 新 点 有如下 几 点 。 2 ． 1 ． 1 阀瓣 导 向设计 阀瓣 导 向采 用 整 体 设 计 见 图 1 ， 阀瓣 采用 全 程导 向 ， 导 向面堆 焊 耐磨合 金 ， 保证 阀瓣运 动 的 灵 活性 。 阀瓣 由整 块 材 料 加工 而 成 ， 与 分 体 阀瓣 相比 见图 2 ， 该结构在高温高压极端恶劣的工 况 下具有 十 分 明显 的优点 1 阀瓣 导向整体结构 1 阀瓣的两个导向面分别在阀瓣 圆柱体的 收稿 日期 2 O 1 O 一 1 1 2 2 。 作者简介 张宝江 ， 男 ， 1 9 8 4年 毕业 于抚顺 石油学 院化 工与 机械专业， 获工学学 士学位 ， 现 在中 国石 化工程 建设公 司从 事管道材料设 计工作 ， 高级工程 师。 Ema i l z h a n g b j ． s e i s i n o p e c ． c o rn 石油化工设备技术 上 下外表 面 见 图 2 ， 在加 工 时实 现一 次 装夹 ， 加 工精 度及 同轴度 高 。 2 在 高温 、 高压差 和高 速介 质 的冲击下 ， 阀 瓣 导 向更 加可靠 和稳 固 。 图 2 阀瓣 导向分体结构 2 ． 1 ． 2 密 封副二 次节流 设计 阀瓣 在接 近或 接触 密 封 面 的时 候 ， 因节 流 作 用 ， 介质 流速最快 ， 介质 对密封 面 的冲刷也最 为严 重 。采用 二次 节流 结 构 ， 保证 阀门在 开 启 和关 闭 的短时 间内 ， 让介 质流 经密封 面 的流量 减小 ， 流速 减慢 ， 可 以有效 消 除高 速 流动 介 质对 密 封 面 的 冲 刷 ， 密封 面寿命 可大幅延 长 。其 结构 如图 3 所 示 。 b 最终天闭 J到 3 瓣 与 腰 雨 封 结 构 2 ． 1 ． 3防止 高温 卡死 的阀瓣和 阀杆导 向设计 1 阀体 采用 同种 材料 ， 热膨胀 影 响小 ； 阀瓣 全程 导 向 ， 导 向面 堆焊 S TL 6 ， 耐磨 性好 ， 阀体 、 阀 瓣精 加工后 ， 严格控 制 阀瓣 与 阀体 的导 向 间隙 ， 导 向灵 活 、 性 能优 良， 并且形 成 了硬度差 。 2 大 口径 阀 体 中腔 出 口通 道 口设 置 导 向 筋 ， 导 向筋导 向表 面精加 工 ， 可 避免 阀瓣 在 出 口端 卡死 ， 保证了阀瓣导向的可靠性 。 3 阀杆采 用耐 高 温材 料 6 1 6 HT， 热处 理 后 该材 料具有 高强 度 和高 硬 度 ； 防止 阀杆 的 变形 和 弯 曲 ； 并且 阀杆 与阀瓣 的连接设 有较大 的 间隙 ， 当 阀瓣 受到介 质 冲击力 时 ， 横 向冲击 力 不会 传 递 到 阀杆 上 ， 从 而保证 了阀杆具 有较 好的受 力状态 ， 避 免 了阀杆密封 表 面拉 毛 和 碰伤 ， 保 证 了阀杆 的密 封 性和导 向 的可 靠性 。 2 ． 1 ． 4密 封面设 计 阀瓣采 用球 形密封 面 ， 密 封面对 中性好 ， 密封 可 靠 。宽 阀座 密封 面 设计 ， 可 有 效地 延 长 密封 面 的使用寿命 。密 封面堆 焊 S TL合金 ， 耐 冲蚀 和耐 磨 性 好 。 阀 座 堆 焊 S TL 2 1 ， 阀 瓣 堆 焊 S TI 6 ， S TI 2 1 具 有极 其 良好 的高 温特性 和 耐 冲蚀 性 ， 具 有 冲击 自硬 化 特性 ， S TI 2 1阀座 与 S TI 6阀瓣 材 料 配对 ， 密 封面有 明显 的硬度 差 ， 便于 密封 。 2 ． 1 ． 5 流 道设计 直线 型全新 流道 设 计 ， 通 过 有 限元 流场 分 析 辅 助设计 ， 直线形 的流道 设计更 有利 于介质通 过 ， 获 得理想 的流 阻系数 ， 实现低 流阻系 数 ， 具有 理想 的流通能力 。 2 ． 1 ． 6阀杆密封设 计 设计 阀杆填 料 密封 并 增加 蝶 簧 组 动态 密 封 ， 实 现多层 次动态 补偿 。 2 ． 2有 限元辅助设 计 ， 验 证创新 结构 的可靠 性 使用 三维有 限元 分 析 软件 ， 对 阀 门重 要 零 件 进行 三维有 限元分 析 ， 优 化产 品 ， 验证 创新结 构 的 可靠 性 。现 以阀体 为例 ， 分析 步骤如下 。 2 ． 2 ． 1 常 温静态有 限元分 析 1 建立 阀体三维模 型 ； 2 根据 阀体边界 条件建 立约束 ； 3 添加载 荷 ， 见 图 4 ； 4 网格划 分 ， 见 图 5 ； 5 分析 阀体应力 分布 和位移分 布 ， 见 图 6 ； 6 剔除 由于模 型因素 而引 起 的局部 应力 集 中结 果 ， 找 出 阀体 高应力 区域 和大变形 范 围， 通过 建立 多组修 正模 型 ， 比较分 析 各 组 阀体 应力 分 布 和位 移分布 的结果 ， 确定 阀体最 佳 的设 计结构 。 4载荷 通过有 限元 分析 ， 验证 了阀 体创 新结 构 的可 靠性 ， 保证 阀体整体 上应力 均匀 ， 避免 因局部应 力 集中的影响， 而导致阀体寿命缩 短或可靠性 降低