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石油化工裝置止回閥選型分析 |
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石油化工裝置止回閥選型分析 止回閥是石油化工裝置閥門之一，選用止回閥時，應(yīng)根據(jù)工藝要求、使用工況、安裝位置、安裝空間以及經(jīng)濟性綜合考慮，此外在石油化工裝置設(shè)計中還要明確止回閥的材質(zhì)、端面連接型式、壓力等級及執(zhí)行標(biāo)準等相關(guān)技術(shù)參數(shù)。為了使選用的止回閥能夠滿足工藝條件的要求，建議在石油化工裝置設(shè)計過程中應(yīng)針對止回閥提出詳細的技術(shù)規(guī)格書。從而使止回閥的選用能夠達到最佳綜合使用效果。文中，對石油化工裝置中止回閥概述，分析影響止回閥類型選用的因素，提出止回閥選用的其他技術(shù)指標(biāo)，以期為石油化工裝置中止回閥的選用提供借鑒。 止回閥是石油化工裝置中較常見的閥門類型，石油化工裝置中常用的止回閥根據(jù)結(jié)構(gòu)型式主要分為升降式止回閥、旋啟式止回閥、斜盤式止回閥、雙板式止回閥以及軸流式止回閥等，在密封效果、啟閉噪音、壓力降及生產(chǎn)成本等方面各有不同的優(yōu)缺點。在石油化工裝置設(shè)計過程中，影響止回閥選用的因素主要有工藝要求、操作工況、安裝空間以及經(jīng)濟性等，此外，還應(yīng)考慮止回閥材質(zhì)、端面連接型式、壓力等級和執(zhí)行標(biāo)準等主要技術(shù)指標(biāo)。止回閥的選用，應(yīng)綜合考慮以上因素，從而達到最佳的使用效果。
1石油化工裝置止回閥選型分析 概述 閥門是石油化工裝置中重要的管道承壓元件，其數(shù)量和種類較多，其中止回閥是的閥門類型之一：一般情況下，一套石油化工裝置有數(shù)千臺閥門，其中止回閥的數(shù)量約占工藝閥門數(shù)量的5%，表1為某10 Mt/a常減壓裝置用工藝閥門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 止回閥的主要功能是防止管道內(nèi)流體介質(zhì)倒流，介質(zhì)順向流動時閥瓣自動開啟，介質(zhì)逆向流動時閥瓣自動關(guān)閉，因此止回閥又稱單向閥。石油化工裝置中止回閥主要用于以下防止流體倒流的部位： ①離心泵和旋渦泵出口管道； ②壓縮機出口管道； ③背壓式汽輪機乏汽管道； ④進出裝置的工藝介質(zhì)管道（兼做開工引油、停工退油的管道除外）； ⑤與可燃氣體、液化烴和可燃液體管道、設(shè)備連接的公用工程管道； ⑥塔頂餾出線注入其他介質(zhì)（如氨、緩蝕劑、水）的管道； ⑦加熱爐爐管注入水或蒸汽的管道。 止回閥（CheckValve）是一種依靠流體介質(zhì)自重或外部動力開啟、關(guān)閉啟閉件（閥瓣）的自動閥門，也稱單向閥，廣泛應(yīng)用于化工泵管道系統(tǒng)中，可阻止介質(zhì)逆流，防止泵及驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)，控制容器內(nèi)介質(zhì)泄放等。正確合理選型和配管安裝直接關(guān)系著設(shè)備及管道系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。本文依托油田地面工程項目實際，詳細介紹了常用止回閥選型原則、安裝要求，并結(jié)合部分配管安裝的實例，為廣大工程設(shè)計人員提供一定參考。
一、石油化工裝置止回閥選型分析 的選擇 在油田地面工程中，常用的止回閥包括升降式、旋啟式、蝶式、隔膜式等類型，不同類型的止回閥閥瓣結(jié)構(gòu)和啟閉方式不同，因此適用工況也不同。通常，工程設(shè)計初期，工藝專業(yè)設(shè)計人員根據(jù)特定工況下止回閥對小沖擊壓力或無撞擊關(guān)閉時所需要的關(guān)閉速度及其速度特性進行定性評估來選擇止回閥的類型。這種方法雖不十分精確，但一般適用于大多數(shù)場合。 在此基礎(chǔ)上，止回閥的選擇主要遵循以下原則。 （1）止回閥的公稱壓力必須與實際工程中所需生產(chǎn)壓力相匹配； （2）止回閥不易被所屬管道系統(tǒng)的流體介質(zhì)所腐蝕； （3）止回閥啟閉件全開時的摩阻損失等必須滿足工藝設(shè)計的要求，正常生產(chǎn)時保證啟閉件處于全開狀態(tài)； （4）止回閥可能產(chǎn)生的水錘沖擊力不可超過設(shè)備或管道系統(tǒng)的閾強度； （5）止回閥組件的抗撓強度和疲勞強度應(yīng)滿足生產(chǎn)運行要求； （6）在滿足設(shè)計生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，選擇的止回閥應(yīng)力求經(jīng)濟、體積小、重量輕，宜于運輸和維檢； （7）不同結(jié)構(gòu)止回閥的適用管道尺寸和壓力工況不同，對止回閥的選擇有一定的借鑒意義，如表1所示。
在以上閥門選型要求的基礎(chǔ)上，前人已總結(jié)出一些針對特殊工況適用性的新型止回閥。設(shè)計人員可結(jié)合工程實際，選型時充分考慮新型閥門優(yōu)勢。如目前在海外油氣田地面工程項目中應(yīng)用較多的高效無聲止回閥，閥瓣質(zhì)量輕、動作靈敏、開啟行程極短（快開啟時間僅0.15s）、結(jié)構(gòu)長度短，尤其適用于長輸管線，可安裝在管道任何位置，關(guān)閉時無沖擊、無噪聲。
2 石油化工裝置止回閥選型分析 類型選用的因素 由于止回閥的種類較多，在進行石油化工裝置管道設(shè)計時，不可避免要涉及到止回閥的選用。止回閥類型的選用是否合理，不僅影響工程建設(shè)的投資和裝置的正常生產(chǎn)，還會影響管道系統(tǒng)以及設(shè)備的安全性。因此，止回閥的選用非常重要，影響止回閥類型選用的主要因素如下： （1）首先應(yīng)理解工藝設(shè)置止回閥的目的，滿足工藝要求。當(dāng)工藝對止回閥的結(jié)構(gòu)有特殊要求時，一般應(yīng)在PID（工藝管道儀表流程圖）中注明。如往復(fù)式壓縮機出口管道，工藝會要求采用無沖擊式止回閥，其目的是避免由于往復(fù)式壓縮機的出口壓力頻繁波動，導(dǎo)致止回閥的閥瓣頻繁開啟和受到?jīng)_擊，從而造成止回閥損壞。而對于出口與人口壓差大于4.0 MPa的離心泵，工藝一般要求在泵出口管道上設(shè)置型式不同的雙止回閥。這是由于泵出、人口壓差較大，泵突然停止運轉(zhuǎn)的情況下，止回閥的泄漏量較大，為了降低止回閥的泄漏量，同時降低止回閥損壞失效的機率，所以采用兩個不同類型的止回閥。 （2）應(yīng)滿足壓力降的要求。有些管道對壓力降要求特別嚴格，這些管道上的止回閥就要采用低壓力降止回閥，常用的有雙板式止回閥等。必要時，還需要進行模擬計算以確定壓力降是否滿足設(shè)計要求。 （3）操作壓力要求。對于操作壓力特別低的大口徑止回閥，若選用標(biāo)準壓力等級的旋啟式止回閥或升降式止回閥，可能會由于閥瓣較重，導(dǎo)致正常操作條件下，閥瓣無法打開。而對于操作壓力較高的高壓止回閥，可選用壓力密封閥蓋的止回閥。 （4）閥門尺寸的影響。一般，公稱直徑小于DN50的止回閥常用升降式止回閥；公稱直徑大于等于DN50、小于DN400時，可選用旋啟式止回閥；公稱直徑大于DN400、小于DN600時，可選用斜盤式止回閥；公稱直徑大于DN50、小于DNl200時，可選用雙板式止回閥。 （5）安裝方向的影響。不帶彈簧的升降式止回閥應(yīng)安裝在水平管道上；旋啟式止回閥和斜盤式止回閥一般安裝在水平管道上，也可以安裝在介質(zhì)由下向上流動的垂直管道或傾斜管道上；雙板式止回閥、軸流式止回閥則既可以水平安裝也可以垂直安裝。 （6）安裝空間的影響。對于較大口徑的止回閥，當(dāng)安裝空間較小時，可以選用對夾雙式板止回閥。 （7）經(jīng)濟性的影響。當(dāng)多種止回閥均能滿足要求時，應(yīng)優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的止回閥。石油化工裝置中，用量最大的是升降式止回閥和旋啟式止回閥。止回閥的選用，不能只考慮單一因素的影響，往往是多種因素綜合考慮的結(jié)果。
3 石油化工裝置止回閥選型分析 選用的其他技術(shù)指標(biāo) 止回閥的選用除了結(jié)構(gòu)類型外，還要明確其他一些主要技術(shù)指標(biāo)。如材質(zhì)、端面連接型式、壓力等級、執(zhí)行標(biāo)準等。止回閥的閥體、閥蓋材質(zhì)一般與主管一致或相當(dāng)，當(dāng)公稱直徑小于DN50時，閥體、閥蓋一般采用鍛件；當(dāng)公稱直徑大于或等于DN50時，閥體、閥蓋一般采用鑄件，當(dāng)然對于苛刻工況，也常采用鍛件。閥座密封面和閥瓣密封面材質(zhì)一般采用不銹鋼或硬質(zhì)合金，當(dāng)采用帶彈簧的止回閥時，還需要明確彈簧材質(zhì)。閥門材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、熱處理狀態(tài)、晶粒度、非金屬夾雜物、無損檢測、耐腐蝕性能等指標(biāo)應(yīng)根據(jù)使用工況，由設(shè)計提出限制和附加要求，以滿足特定工況的要求。 止回閥的端面連接型式常用的有法蘭連接、承插焊連接、對焊連接和螺紋連接。對于石油化工裝置，承插焊連接和螺紋連接一般僅用于公稱直徑小于DN50的管道，且不得用于發(fā)生縫隙腐蝕介質(zhì)的管道。對于壓力等級大于等于CL900的閥門，為減少泄漏點一般采用承插焊連接（公稱直徑小于DN50）和對焊連接（公稱直徑大于等于DN50）。止回閥的壓力等級一般與管道系統(tǒng)的壓力等級一致，當(dāng)采用螺紋或承插焊連接時，閥門壓力等級最小采用CL800。 此外，某些特定工況下閥門關(guān)閉時要求水錘沖擊力較小或無水錘沖擊，建議選用緩閉旋啟式止回閥和緩閉蝶式止回閥。但為節(jié)省投資，在水泵揚程高、壓力管段短，且設(shè)置了氣壓式調(diào)壓室的供輸水管路中，無需使用緩閉式止回閥，普通止回閥即可保證工程的安全性。相反，在水泵揚程高、壓力管段長且未設(shè)置氣壓式調(diào)解室的場合，目前多采用液控緩閉式止回閥。在水泵揚程低的長輸管線中，介質(zhì)倒流速度慢，不宜采用緩閉式止回閥，應(yīng)選擇電動型止回閥起到慢關(guān)效果。 作為配管專業(yè)設(shè)計人員，在工藝專業(yè)優(yōu)選閥門類型的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝管道及儀表流程圖（P&ID）合理安裝止回閥。安裝特定類型的止回閥時，需充分考慮其尺寸參數(shù)和安裝條件。在海外油田地面工程項目中，止回閥參數(shù)主要參考API、ASME、BS等國際通用規(guī)范，如API6D、API594、API602、ASMEB16.34、BS1868、BS1873、ISO15761、MSSSP-42、MSSSP-80等；在國內(nèi)油田地面工程項目中主要依照GB/T12233、GB/T12235、GB/T12236、GB/T13932、JB/T8937等標(biāo)準。
石油化工裝置止回閥選型分析 的安裝 止回閥應(yīng)安裝在操作人員易接近、便于維修的地方，止回閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了其的安裝特點。 （1）必須嚴格按照閥門箭頭標(biāo)示方向安裝，不可反向； （2）直通式升降止回閥常安裝于水平管道，而立式升降止回閥可安裝在介質(zhì)自下而上流動的垂直管道上； （3）升降式底閥主要安裝在不能自吸或無真空泵抽氣引水的水泵吸水管尾端立管。底閥需沒入水中，防止進入吸水管中的水或啟動前預(yù)先灌入水泵和吸水管中的水倒流，保證水泵正常開啟。內(nèi)含過濾網(wǎng)，可阻止雜質(zhì)進入吸水管，避免水泵及有關(guān)設(shè)備受到損壞； （4）旋啟式止回閥宜于安裝在水平管道；安裝于垂直管道時，介質(zhì)必須為自下而上，同時也可安裝于傾斜管道； （5）對夾式止回閥安裝位置較為靈活，體積小，便于管道布置，常安裝于100mm≤DN≤400mm的管道系統(tǒng)，用來代替升降式和旋啟式止回閥； （6）蝶式止回閥結(jié)構(gòu)簡單，只能安裝在水平管道上；為降低泵出口切斷閥的安裝高度，可考慮優(yōu)先使用此種類型； （7）緩閉止回閥多水平安裝，若置于井內(nèi)，應(yīng)留有檢修空間；不應(yīng)置于0℃以下的環(huán)境； （8）隔膜式止回閥一般安裝在兩片法蘭之間，或者加緊在管接頭之間；對工況要求較為嚴苛，如褶皺環(huán)狀橡膠隔膜止回閥較適用于介質(zhì)流變化范圍很大的場合，但工況僅限于1MPa、70℃以內(nèi)； （9）止回閥應(yīng)安裝在遠離脈動源的地方，盡量保證前后管道不出現(xiàn)大的擾動。部分止回閥前后有直管段長度的要求，配管時可選擇合適支吊架來提高管道穩(wěn)定性，保證止回閥的正常工作，延長其使用壽命。
石油化工裝置止回閥選型分析 石油化工裝置用止回閥一般采用美國標(biāo)準或英國標(biāo)準，常用標(biāo)準有API 602--2009《石油和天然氣工業(yè)用公稱尺寸小于和等于DNl00的鋼制閘閥、截止閥和止回閥》，API 594--2010《對夾式，凸耳對夾式和雙法蘭式止回閥》，ASMEB16.34_2009《法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門》以及BS 1868--1975（石油、石化及聯(lián)合工業(yè)用鋼制止回閥（有法蘭及對焊端）用規(guī)范》等。
為了保證止回閥設(shè)計的需要和制造質(zhì)量，從而滿足止回閥對使用工況條件的要求，建議在石油化工裝置設(shè)計過程中針對止回閥提出技術(shù)規(guī)格書，且規(guī)格書的內(nèi)容應(yīng)至少包括閥門結(jié)構(gòu)、執(zhí)行標(biāo)準、閥門規(guī)格、壓力等級、閥體材質(zhì)、閥芯材質(zhì)、工作溫度、工作壓力、介質(zhì)及介質(zhì)特性、允許壓力降、安裝位置以及工藝特殊要求等。制造商應(yīng)根據(jù)上述條件和要求，進行止回閥的設(shè)計，必要時通過分析計算、計算機流體模擬分析或模擬試驗、型式試驗等方法驗證止回閥的性能，以確保止回閥滿足使用工況的要求。
綜上所述，止回閥雖然僅僅是一個附件，似乎對系統(tǒng)影響不大，在選型設(shè)計和實際采購上普遍不受重視，但通過本文的分析，止回閥的選型設(shè)計必須引起給設(shè)計師的高度重視，在不同的情況下選用適當(dāng) 止回閥是油田地面工程管道系統(tǒng)中常用的閥門類型之一，選型和配管安裝要綜合考慮閥門特性、生產(chǎn)工況、工程需求、設(shè)備總圖布置及管線路由走向等，需要設(shè)計團隊中工藝專業(yè)與配管專業(yè)等協(xié)同合作，以保證管道系統(tǒng)安裝設(shè)計的合理性與可靠性，從而保障油田地面工程安全投產(chǎn)與平穩(wěn)運行。 |
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