1、概述
高压加氢工艺是石油深加工的一个重要手段 ，它不但能提高单位原油的轻油收回率。并且能提高燃料油的质量 ，从而提高炼油厂的整体效益。高压加氢装置还能为石油化工装置提供优质的原料 ，也是油品脱硫的理想装置。我国从 90 年代开始了高压加氢装置的建设 ，预计今后的几年中 ，随着我国炼外油量的逐年增多 ，高压加氢装置的建设仍将是石化行业的一大热点 ，各大石化企业也都想藉此提高其炼油的水平和能力 ，以迎接加入 WTO 的挑战。
2、工况条件
高压加氢装置的介质情况有 2 个突出的特点 ，即高压和临氢（并陪同硫化氢）操作。
高压操作不但仅是因为其操作压力高（一般为 14-20 MPa） ，并且还在于其介质为易燃易爆的高压气体（氢气或油气+氢气）。高压气体贮存了较大的压力能．一旦其储输设备（包括管道阀门）损坏 ，引起的事故将是灾难性的。
临氢并陪同硫化氢操作。标明了对储输设备质料的苛刻要求。氢气是一种能渗透到金属质料内部并在常温或高温下引起质料变性（恶化）的介质 ，常温下能引起金属质料的脆化和变形等 ，高温下能导致金属质料内部和外部脱碳。硫化氢对金属质料的腐化也是一个十分棘手的问题 ，常温下它能引起许多金属质料的应力腐化开裂 ，高温下它能引起金属质料的快速均匀腐化。所有的这些特点都对高压加氢阀门的质料、结构设计和强度设计等提出了严格的要求。
3、需求情况
高压加氢装置中的阀门 ，既有临氢条件 ，又有非临氢条件 ，既有高压条件 ，又有非高压条件。本文仅讨论高压临氢条件下应用的阀门 ，这类阀门虽然数量未几 ，但其价格却占有较大的比例。此类阀门有闸阀、截止阀、止回阀、球阎和旋塞阀 ，压力品级为 ASME 的 CL900~2500 ，温度为常温至 400℃ ，主体质料有 ASTMA105、A182—F11/F22/F321、A216—WCB、A217—WC6／WC9、A351—CF8C ，阀门直径为 DN15-400 mm。这些阀门的功效与普通阀门相同 ，但海内目前尚不具备成套供应的能力 ，主要原因在于阀门制造厂与用户（尤其是工程设计部分）相同联系不敷 ，不了解阀门的使用条件和要求 ，缺少一套与介质条件相适应的技术文件、模具和图纸等 ，并且缺步工业化批量生产的经验� ？⒏哐辜忧庾爸弥械姆� ，不但能降低阀门价格。并且可减少供货周期 ，便当增补订货 ，同时又能推动阀门行业的生长。事实上 ，我国目前一些阀门制造厂已具备生产高压加氢阀门的能力和条件 ，并且在加氢精制装置（操作压力 8~10 MPa）上已有乐成的应用 ，性能良好的阀门 ，其设计、制造、检查试验及质量控制等各个方面和各个环节都做的比较好。本文以其中的几个主要问题（包括阀门的内漏、外潺、强度设计、质料、检查试验及质量控制） ，结合高压加氡装置的介质条件进行探讨。
4、内漏和外蒋的控制
阀门内漏和外漏控制的优劣是反应阀门品质的一个重要参数 ，制造厂均接纳种种步伐以尽量减少阀门的内漏和外漏。油品和氢气的外漏和内漏不但会污染情况 ，还易引起火灾或爆炸。阀门的内漏主要爆发在闸板处 ，外漏主要爆发在阀杆填料和阀盖垫片处 ，故要获得良好的密封性能就要从这 3 处着手。
4.1 填料密封外漏
对 DN ≥ 50mm 的闸阀和截止阀 ，在阀杆密封处接纳柔性石墨环和柔性石墨编织填料是外洋翻造厂的普遍做法。其中填料的最上圈和最下圈接纳柔性石墨编织环 ，以利用其强度较高（与模压石墨环相比）的特点阻止石墨被挤入阀腔或阎外 ，中间则接纳模压石墨环（有时也在中间适当的位置增设编织环）。由于柔性石墨的流动性好 ，有减磨性 ，同时石墨还具有良好的物理和化学稳定性 ，因此用它作为填料既可获得良好的密封 ，又可减少对阀杆的磨损。关于填料函尺寸较小的球阀、旋塞阀和小口径的闸阀和截止阀 ，则仅用柔性石墨编织填料即可 ，填料在装填历程中进行预压缩也是包管良好密封（尤其是恒久良好密封）的措旋之一。海内的阀门在填料装填历程中大大都仅限于压实填料 ，故其密封性随应用时间增长而变差。外洋某些阎门产品在填料装填历程中接纳了 28 MPa 的预压力 ，且设计了专用的预压缩工具 ，因此它能维持较长时间的良好密封。虽然 ，填料的预压力太大 ，将增加对阀杆的磨损 ，增加阀门的开启力 ，因此此时应在填料选择和阀杆外貌处理上进行革新。接纳以柔性石墨环为主的填料可减少阀杆的磨损 ，同时也可降低阀门的开启扭矩 ，另有一些阀门在填料压盖处接纳了“活载”结构。即在填料压盖的螺栓上增设碟簧 ，使填料压盖始终作用于填料上较大的压力 ，从而可避免因压盖螵栓松弛或填料松弛而造成的外漏。
4.2 垫片密封外漏
对 DN ≥ 50mm 的闸阀、截止阀和止回阀 ，可接纳压力密封阀盖。而关于球阀、旋塞阀（多为下阀盖）和 DN ≤ 40mm 的闸阔、截止阀和止回阀 ，一般接纳法兰连接阀盖。压力密封阔盖的密封有 2 处 ，其一为阈盖与环垫片（图 1）的接触处 ，其二为环垫片与阀体的接触处。外洋的一些阀门产品 ，将环垫片与阀盖的接触面设计成变角度圆弧过渡面 ，使它与阀盖的密封为线密封 ，从而显著提高了其严密性 ，但它增加了环垫片的加工难度� Ａ碛薪返嫫饷布跋嘤Φ姆迕芊饷娑粕弦徊阋� ，因为银的塑性较好 ，容易填充密封面上的微观孔隙 ，因此大大提高了阀盖垫片处的密封性能。关于法兰连接阀盖结构 ，大大都制造商接纳了纠葛式垫片 ，因为纠葛式垫片弹性好 ，回弹率高 ，在包管稳定性的情况下更容易包管密封。与纠葛式垫片相配的阀盖密封接纳了箱式结构 ，即将垫片置于阀盖与阀体相接的特制槽内 ，从而包管了纠葛式垫片的稳定性（即不会因较大的密封比压而使垫片失稳） ，同时又增加了介质泄漏的阻力。事实证明 ，这样的密封结构比较好。
4.3内漏
①闸阀
海内外各制造厂的闸板结构设计上无太大的差别 ，一般 DN ≤ 40mm 的闸阀接纳楔形整体闸板 ，而 DN ≥ 50mm 的闸阀则采挠性楔形闸板。只要密封面加工精度抵达要求 ，这种结构可以满足初期密封要求。但使用者希望阀门能够坚持恒久的良好密封。一般情况下 ，初期密封容易做到 ，而要做到恒久密封良好则是一件禁止易的事情。这里给出 2 个革新倒子供参考。其一是努力提高闸板导轨的精度 ，使它与闸板坚持较小的配合间隙 ，以减少闸板与阀座的不均匀磨损 ，从而包管较长的密封寿命。导轨一般是与阀体整体铸造的 ，并且禁止易进行机加工 ，故与闸板的配合间隙较大 ，建议制造厂给予这方面的关注。其二是考虑闸板和阀座下部的腐化。因为当阀门处于半开半关的位置时 ，会形成高速的介质流 ，它将对介质流经的区域爆发严重的冲洗 ，又由于硫化氢与金属的腐化产品附着力很低 ，极易被高速介质冲走 ，从而加速了金属的腐化 ，即形成冲洗腐化。避免冲洗腐化的步伐可从选择良好的质料入手 ，即在相应的部位上堆焊合适的硬质合金质料。一些制造厂除了在密封面上堆焊硬质合金外 ，还在闸板和阀座的下部一定规模内也堆焊了硬质合金 ，以避免非密封面的冲洗腐化 ，这样做虽与阀门的密封性关系不大 ，但对阀门整体来说有益。
②截止阀
首先要包管阀瓣与阀座的加工精度以获得一个良好的初期密封。在防冲洗腐化方面 ，外洋某制造商接纳了阶梯式阀瓣结构（图 2） ，即在阀门开启或关闭的历程中 ，阀瓣上的非密封台阶首先形成较小的流道 ，以蒙受冲洗腐化 ，而阀瓣和阀座的密封面则不再直接蒙受冲洗腐化 ，或缓解了其冲洗腐化的水平。
1.阀座 ；
2.阀瓣
图 2 截止阀阶梯式阀瓣
③球阀
应接纳偏心或其他无摩擦的球体结构及金属对金属的密封形式。这是因为该结构密封可靠性高 ，火灾宁静性好 ，无摩擦 ，延长了阀门的有效寿命。
④旋塞阀
外洋一般接纳倒锥形平衡式阀芯（即旋塞）结构（图 3）。一般 CL ≤ 300 品级接纳机械平衡式结构 ，CL ≥ 600 品级接纳压力平衡式结构 ，既能包管良好的密封 ，又可减少密封面金属的磨损。外洋某制造厂则在此基础上对旋塞进行了喷塑处理 ，从而节省了按期注密封剂的维护事情量。
1.阀体 ；2.旋塞
5 阀门强度设计
阀门的承压部件都应进行强度剖析和强度设计 ，这些部件主要包括阀体、阀盖、闸板和阀盖螺栓等。对截止阀来说 ，有时（凭据结构差别）尚须对阀座局部进行强度枝核。而作为非承压部件的阀杆也是必须进行强度设计的一个重要部件。所谓的强度设计应包括强度和刚度 2 部分。
外洋一些主要的阀门规范如 ANSIB16.34 和 API600 都给出了阀门主要零部件的最小壁厚（直径） ，海内的一些制造厂都直接接纳（或略大于）这些规范值作为设计尺寸 ，并且不再进行强度设计。这样做是不严格的 ，因为①阀门的内件结构差别 ，阀上腔的结构尺寸差别 ，因此其盘算壁厚也差别。阀门的外观结构尤其是外形突变处的处理差别 ，其盘算应力值尤其是应力集中的水平也差别 ，最终也可能导致盘算壁厚差别。②大大都阀体为铸件 ，而冶炼条件较差 ，原质料来源庞大的阀门厂 ，其铸件质料的性能差别较大。铸件质料的性能又与其自己的铸造缺陷（如偏析、枝晶组织、夹杂、气孔、疏松和裂纹等）有关 ，并且起伏变革较大 ，从而造成强度盘算的基础数据（如许用应用）的差别较大。③差别的应用情况 ，其腐化情况差别 ，应考虑的腐化裕量差别。由于这些因素的影响 ，关于高压临氢阀门来说 ，对其有关的零部件进行强度和／或刚度盘算就显得十分须要 ，因为稍有过失 ，可能会带来严重的结果。
目前海内大大都阀门厂均接纳数学剖析法进行阀门的强度和／或刚度盘算。这种要领既辛苦又费时 ，盘算精度也比较差 ，尤其是关于零部件的形状突变处 ，它不可精确地求出其应力水平。而外洋的大大都阀门厂都接纳了有限元剖析法 ，它既快又精确。关于高压且要求苛刻的阀门来说 ，接纳有限元法进行零部件的强度和／或刚度剖析是须要的。
6 质料
高压加氢装置的操作条件不但对证料的可靠性有较高的要求 ，并且其介质（如氢气和硫化氢）自己对证料性质也有较高的要求 ，即介质对证料自己保存的缺陷比较敏感。如果质料中有非金属夹杂、夹渣、气孔、裂纹等不连续缺陷 ，容易导致氢气的积累 ，常温下会因其形成的局部高压而引起氢变形 ，甚至诱发微裂纹 ，同时也会使质料脆性恶化（氢脆）。高温下 ，这些缺陷更利于氢致内部脱碳的进行 ，从而加速质料氢腐化破裂的进程。而硫化氢介质则对证料的外部不连续缺陷比较敏感 ，尤其是在湿硫化氢情况下 ，外部的不连续缺陷往往成为应力腐化开裂的诱因。因此 ，减少或限翻阀门承压部件中的缺陷是包管其可靠性 ，延长其使用寿命的要害因素之一。阀门承压部件的制造要领有铸造和铸造 2 种。铸造件不保存气孔、疏松、大尺寸圆形夹杂、柱状组织和枝晶组织等缺陷 ，并且金属致密 ，综合机械性能好 ，可靠性高 ，因此铸造是嗣造高压加氢阿门承压部件的理想要领。但考虑到大大都承压部件的外形比较庞大 ，并且它们中有许多凌驾了一般模锻的尺寸 ，祖海内外大大都阀门厂关于 DN＞50 mm 阀门的主要承压部件仍接纳铸件。为了包管铸件质量 ，应从冶炼、铸造工艺和焊补 3 个主要方面进行控嗣。冶炼对证料品质的影响是最基础的影响因素。差别的冶炼要领 ，获得的质料品质差别也比较大。目前海内阀门厂普遍接纳电炉冶炼 ，而外洋的大大都阀门厂则接纳 VOD 或 AOD 冶炼要领。VOD／AOD 与电炉冶炼相比 ，其有益合金元素烧损少 ，质料身分更容易接近理想状态 ，并且脱气性好 ，有害杂质元素少 ，故获得的质料品质也就比较高。铸造工艺是影响质料性能的要害因素 ，它涉及到了铸膜质料选择、木模外模型涉及、浇铸温度控制和浇铸要领选择等方面。总之 ，有利于改善铸件质量的铸造工艺如精密铸造、压力铸造和真空浇铸等应作为阀门制造厂今后的生长偏向。
焊朴是处理铸件缺陷的一种调解步伐。大大都铸件都是需要焊补修理的 ，如果缺陷超标就给予报废 ，将会增加阀门的生产本钱。但每个阀门的焊朴数量、焊补面积和焊朴次数等应有限制 ，因为焊补区的金属差别于铸造金属 ，焊补数量越多 ，焊补面积越大 ，造成铸造金属的不均匀性越严重 ，从而导致质料的综合性能下降。每次焊补都相当于给铸件一次加热 ，而多次对铸件加热会给它带来一系列倒运的影响 ，故阀门的焊补次数也应有所限制。ASTM 规范中对铸造质料的焊补提出了一定的要求 ，但其要求偏低 ，外洋大多效阀门制造商的铸件焊补控制水平均比 ASTM 划定的严格。实际上 ，铸件焊补的控制还反应了铸件质料的质量与生产本钱之间的平衡关系 ，因此要害照旧要提高铸件的铸造质量 ，尽量减少铸造缺陷。
7、检查与试验
阀门的强度（水压）试验、密封试验及须要的无损探伤是权衡阀门是否及格的须要条件 ，但井不是权衡一个阀门优劣的充分条件 ，至少对高压加氢阀门来说 ，它们尚不可完全反应一个阀门的综合品质。以阀门的密封为例 ，一般情况下 ，只要包管密封件的机加工精度 ，就容易通过冷态下的工厂密封试验 ，但它并不代表阀门在恒久使用（尤其是在高温、高压事情工况）条件下也能坚持良好的密封。一旦阀门部件泛起磨损、腐化、应力松弛、变形和质料变性等问题。将会影响到阀门的密封性能 ，严重时会使密封失效。而部件金属组织的稳定性和均匀性、部件结结构成的局部应力水平等 ，都会从某种水平上影响到质料的腐化、应力松弛、变形和变性等问题。而质料的这些问题都是无损探伤和冷态下的压力试验无法检查的。关于一般介质上应用的中低压阀门来说 ，上述的问题可能不保存或者不突出 ，而对高压临氢条件下应用的阀门 ，这些问题将是不可忽略的。因此 ，对高压临氢用阀门。应对其进行全方位的检查试验。由于阀门承压零部件的质料品质（尤其是铸件质料）对阀门的使用寿命影响较大。故就承压铸件的检查试验作进一步讨论。
铸件质料的票鹄膑要取决于其生产历程（如冶炼工艺、制造工艺等） ，而对其产品进行的种种检查试验仅仅是对其品质考核的一种手段 ，它并不可改变质料的品质。因此 ，阀门零部件在开始工业生产前进行系统的、科学的工艺评定就显得尤为重要。而工艺评定中的质量定位又直接决定了质料（产品）的品质。结台高压加氢装置的介质特点 ，在此提出其主要承压零部件在工业生产前应进行的工艺评定项目。
①外观检查 应按 MSSSP-55 所列项目逐项检查。
②化学身分剖析 包括炉前剖析和产品剖析 ，尤其应关注有害杂质元素（如硫、磷、砷、锑、氢和氨等）的剖析� ；矸制饰鲇Π聪嘤Φ� ASTM 标准进行。
③机械性能试验 包括拉伸试验（同时测试出拉伸强度、屈服强度、延伸率和截面收缩率 ，并进行断口剖析）、弯曲试验、攻击试验和硬度检验等� ；敌阅苁匝橛Π聪嘤Φ� ASTM 标准进行。
④宏观组织检验 包括气孔、裂纹、疏松、央渣、大尺寸非金属夹杂物、硫磷偏析等缺陷的检验。检验按 ASTME381 等标准进行。
⑤微观组织检查 包括偏析、条（桂）状组织、枝晶组织、晶粒度、小尺寸非金属夹杂物等缺陷的检验。对奥氏体质料 ，还应包括铁索体含量的测定。检验按 ASTME38l/E45/E112 等标准进行。
⑥无损检查 包括 RT、UT、MT、PT 等检查。并给出适宜的及格指标和及格率控制指标。无损检查宜划分按 MSSSP—54、ASTMA388、ASTMAA275、ASTMB165（Practice B）标准经行。
⑦晶问腐化试验 仅对奥氏体不锈钢质料才有此要求。试按 ASTME262（Practice E）标准进行。
⑧焊接性能试验 包括拉伸、弯曲、攻击、硬度和无损探伤检验。
⑨阀体爆破试验 液体爆破试验按 ANSTB31.2 标准进行。在满足一定控制指标的情况下 ，通过工艺评定而确定的工艺参数才华作为生产参数 ，并在工业生产中严格执行 ，才华获得满足高压临氢应用条件的高品质阀门。
8、质量控制
国产阀门的质量问题更多的是泛起在治理上。因为中国的众多制造颐魅者在产品制造的每个工序上并不是都有一个具体的、详尽的并且切实可行的作业规程 ，纵然有了这样一个规程 ，也不可包管每个事情人员都不折不扣的接规程作业。正因为如此 ，才导致了许多国产产品的质量不如外洋产品。目前 ，海内大大都阀门厂 ，都取得了 ISO9000 的质量认证 ，它从某种水平上强化了阀门生产历程的质量治理。可是 ，还要重视技术文件的建立 ，因为产品的先进与否主要取决于技术文件的先进性。
9、结语
影响阀门质量的因素较多 ，要生产出高品质的阀门 ，必须在各个方面都要做好。时值信息时代 ，阀门制造厂也应走出去 ，多与外界进行交流 ，与用户（包括工程设计部分）进行交流。了解产品需要 ，了解阀门的使用介质工况 ，只有这样 ，才华生产出适合的产品 ，才华赢得市场。与外洋阀门生产商交流� ？梢粤私庀冉际鹾托虏� ，并用于革新我们的产品。
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