天然气净化厂在役切断阀防卡涩气路设计优化

  天然气净化厂在役切断阀防卡涩气路设计优化

王进、杨廷广、路利军

长庆油田公司第一采气厂

摘要：随着社会的进步，天然气净化厂是对天然气进行脱硫(碳)、脱水并对酸气进行处理的工厂,工艺介质有天然气、酸气、液硫和富胺液等,具有高温、高压、有毒等特性,属于高危化工企业。正常稳定运行的生产装置,由于突发产生波动或出现紧急事故时,自控系统发出紧急停车信号,联锁切断阀会快速响应,关闭进料切断阀,切断物料供给,同时打开吹扫和放空阀,将易燃、易爆、有毒的介质排放出去。天然气净化厂内设有大量的切断阀,用于快速制止事故发生或制止小事故进一步恶化、蔓延造成大的事故。

关键词：天然气净化厂；役切断阀；卡涩；气路；设计优化

引言

近年来，我国城镇燃气广泛应用，不仅提高了社会经济效益，减少了城市大气污染，同时也大大便利了居民生产生活。但由于人们的燃气安全意识淡薄或燃气设备设施维护不当等原因，燃气事故也层出不穷，不仅造成了人员伤亡和财产损失，还会引起社会恐慌，影响人们正常的生产生活秩序。如何减少燃气事故的发生，不仅要提高人们的燃气安全使用意识，还要对燃气供应设备设施采取各种安全保护措施。

1概述

在燃气、烟气、毒气等输送管线中，由于其泄漏后危害大，故对配套阀门的密封性能要求严格。由于更换阀门对环境污染大、成本高，所以要求配套阀门启闭轻便、使用寿命长。常规阀门通常采用强制密封的方式，阀门启闭力矩大，密封面易磨损，容易造成泄漏，使用寿命也得不到保障。针对以上情况，设计制造出水封式自动密封燃气切断阀。水封式燃气切断阀适用于燃气、烟气、毒气等密封要求严格的管道，其密封通过双闸板下降与阀体双密封座形成双重机械密封，同时在两闸板中腔及阀腔注水，形成水封，实现以水来阻断气体的效果，密封安全可靠。关阀时密封副瞬时接触密封，开阀时密封副瞬时脱离密封，密封圈无摩擦磨损，使用寿命长。但在长期使用中发现阀腔内的水由于泄漏等原因逐步减少，当其水位下降至阀体密封座时，便失去水封作用，可能出现煤气、毒气泄漏现象。现在大都采用人工监视、操作，如果水位下降太多就打开进水阀注水，当注水到一定高度就关闭进水阀。这种方式浪费劳动力资源，而且万一人员疏忽就会导致事故发生，存在很大的安全隐患。为解决以上问题，进而研制出一种自动水封式燃气切断阀。

2主要系统构成

阀体密封座需堆焊耐腐蚀不锈钢，加工后厚度不低于２.５ｍｍ。闸板橡胶密封圈为双线密封结构，镶嵌于闸板燕尾槽中，橡胶密封圈材料根据介质而定。闸板与楔柱压盖为斜面钩形结构，轴向和径向均留有间隙。楔柱压盖与楔柱用螺钉机械固定成为一体，辅助以楔柱与闸板结合的楔角，可以实现开关阀时闸板与阀体密封座的瞬间脱离与密封，避免闸板密封圈摩擦磨损，降低开关阀力矩，提高产品使用寿命和安全可靠性。楔柱楔面需堆焊硬质合金材料，与闸板楔面形成≥ＨＲＣ１０的硬度差，避免两种材料长期楔紧时粘合破坏，楔角α一般取１０°左右。排气口用于阀腔注水时，排出腔内空气。液位观察器为玻璃管制作，可现场安装，避免运输吊运过程中损坏。窥视镜为玻璃板制作，便于在线观察闸板及阀体内部情况。

3故障情况

某9.0×106m3/d高含硫天然气净化厂单列净化装置拥有2台高压贫砜胺液泵,一台为电机驱动,另一台为蒸汽透平驱动。在由电机泵切换至透平泵运行过程中,透平泵启运正常后需停运电机泵时,需先打开电机泵出口切断阀YV-070993,实现泵输送溶液的回流,然后关闭电机泵出口主阀,最后关停电机泵。YV-070993阀为气关阀,设计最大关断压差为10MPa,现场实际最大关断压差为8MPa,作用方式为单作用,阀门打开过程依靠气缸内的受力弹簧复位的作用力克服阀门前后压差。但实际切换操作过程中,由于两泵并列运行时YV-070993阀前后压差较高,不小于10MPa(超过了设计值),当收到打开信号时克服不了阀门前后压差,故出现切断阀无法正常打开的情况。遇到该情况时,操作上通常临时采用直接强制停运电驱泵的方式进行切泵操作。电驱泵停运后,切断阀前后压差变小,阀门自动打开。2020年,净化厂针对产品气和尾气双达标的目标进行了改造,调整了工艺流程,切断阀内介质由半贫砜胺液变为贫砜胺液,切断阀实际关断压差由不小于10MPa降至不小于8MPa,压差虽然有所减小,但阀门仍多次出现无法打开的现象。

4天然气净化厂在役切断阀防卡涩气路设计优化

（1）优化介质流动路径：通过改进管道布局和阀门连接方式，使介质在流经阀门时能够均匀分布，减少介质在阀门内部的停留时间，从而降低沉积物和结垢的形成。（2）加强温度控制：在阀门周围设置温度传感器和加热器/冷却器，实时监测并调整阀门周围的温度，避免过高或过低的温度对阀门造成损害。（3）提高密封性能：采用高性能的密封材料和结构设计，确保阀门在关闭状态下具有良好的密封性能，防止介质泄漏和外部杂质进入。（4）增加清洗功能：在阀门上增加清洗口和清洗剂注入装置，定期对阀门进行清洗和维护，清除阀门内部的沉积物和结垢。（5）智能监控与预警系统：建立智能监控系统，实时监测阀门的运行状态和参数变化，一旦发现异常情况及时发出预警信号并进行处理。同时，利用大数据分析技术对历史数据进行挖掘和分析，为未来的维护和改造提供数据支持。

5切断阀受力计算及试验

由于切断阀应用在燃气管道系统中，安装的切断阀会受到燃气管道剪应力及扭力的影响，甚至在个别工况环境中会受到落物的冲击，这就需要切断阀具有一定的力学性能要求。切断阀在设计时首先根据三点测试抗弯公式R=3FL/（2bhh）计算阀体抗弯强度（其中，F为破坏载荷；L为跨距；b为宽度；h为厚度）。根据《GB/T12221—2005》金属阀门结构长度，本文中切断阀的口径为DN50，在DN50口径的基础上选择合适的阀体长度，然后根据《CJ/T394—2018》电磁式燃气紧急切断阀中对切断阀的抗弯强度要求计算出阀体壁厚最小值，在阀体壁厚最小值的基础上乘以一个安全系数就得到了阀体壁厚。根据上面确定的切断阀口径长度壁厚来复核一下阀体的抗扭力性能。可以简化阀体结构，将其视为一个金属管状物，根据构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力公式τ=F/A≤［τ］，（其中［τ］为许用剪应力；A为受力截面的剪切面积；τ为实际剪应力）。由查取的铝合金许用剪应力和阀体的相关数据代入公式后校核阀体的截面积是否符合《CJ/T394—2018》电磁式燃气紧急切断阀中对抗扭力的相关要求。在抗冲击计算中可以选取阀体壁厚作为试样的截面积，然后根据公式aK=AK/F（其中，aK为冲击韧度指标；AK为冲击功；F为试样截面积）校核切断阀的抗冲击性能是否符合《CJ/T394—2018》电磁式燃气紧急切断阀中对抗冲击性能的相关要求。

结语

天然气净化厂内切断阀数量庞大,且涉及到众多关键工艺节点,它的灵活开启和关闭是保障工艺安全的基础,直接关系到净化厂的安全、可靠运行。切断阀在长期服役后,因工况变化、阀门性能下降等原因表现出动作迟缓、卡涩,甚至卡死不动作等问题。通过优化切断阀的气路系统,提高了阀门开启过程中气缸推动力,有效解决了切断阀长期服役后出现的因动作扭矩增大导致的卡涩问题。

参考文献

[1]陈运强,肖秋涛,李正才,等.天然气净化厂设计规范:GB/T51248—2017[S].北京:中国计划出版社,2017.

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[3]张涛,易宝闯.联锁切断阀气路优化[J].仪器仪表用户,2016,23(02):5760.