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浅谈低温管道和阀门的设计体会

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-10-11  来源:网络  浏览次数:27
  摘 要:低温管道、阀门应用的领域极为广泛,在工程设计项目中越来越多,如液氨输送管道、LNG装置、LPG装置、合成氨低温甲醇洗和液氮洗工段等均有大量的低温管道,因此,根据不同项目、介质、温度、压力等操作特性,设计一套经济合理的管道,从而保证整个装置系统的安全运行,是各工程公司管道材料专业的首要任务;本文结合实际工作中参与的工程设计项目,浅谈工作中对低温管道和阀门选材的设计体会。
  关键词:低温管道;阀门设计;选材分析
  随着社会的进步和发展,工程建设工程设计中遇到的介质、温度、压力等日渐宽泛和增多,而管路的应用作为建设工程中极为重要的组成部分,更加需要做好相应的选材设计。低温管道和阀门的选材及设计成为管路设计中的重中之重,只有全方位管道输送的介质、温度、压力等操作特性,以及项目建设地点的环境因素等进行综合考虑,对管材选择进行分析,对阀门的选用进行研究,才能够真正促进管路的可靠性和高质性,才能够保证管道的运行安全。
  1低温环境管道材料的选择
  第一,在低温环境中,为了有效减少或避免断裂情况的产生,管系材料应当具备良好的强韧性以及抗脆化性能,一般的钢材在低温状态下会出现低温脆性,金属材料在低温环境发生脆性断裂前无任何征兆可寻,断裂突然发生,因而往往造成非常严重的后果。
  第二,在低温环境中,应当对长管线的收缩量进行认真考虑,确保管线的冷收缩问题得到解决;由于管道在常温下安装,在低温下使用,当管道的设计温度与常温相差很大时,金属的热胀冷缩效应将使常温下安装的管道在使用时产生很明显的内应力,所以在材料的选择时,材料的线膨胀系数应尽量小。
  第三,管线加工和焊接起来应该比较方便,为防止材料的低温脆性断裂的发生,低温材料的对接焊缝,都应进行夏比(V形缺口)冲击试验;低温管道用材料,应严格根据相关规范的要求,确定是否做低温冲击试验,试验要求应符合标准规范规定。
  第四,管道材料经济易得,是管道材料设计选材的重要依据;在满足工况要求的前提下,设计应优先选择低廉的材料,为项目建设节约投资成本;通常情况下,碳钢经济易得,强度较高,但耐腐蚀性能和耐温性能差,不锈钢材料的韧性好,耐腐蚀性好,塑性和焊接性能较优,焊接起来比较方便快捷,无论是高温条件下,还是低温环境中,运用效果也较好;根据标准ASTM A403/A403M中规定,满足两种或两种以上牌号所规定化学成分和力学性能要求的材料可同时标注多个牌号,因此双牌号不锈钢(如304/304L和316/316L)目前在国外使用较普遍,可以同时发挥普通不锈钢强度较高和L级不锈钢耐腐蚀性好的特点,节省材料且安全,可靠性更高。
  2低温阀门材料的选用
  2.1 低温工作阀门材料的选择
  首先应考虑材料的最低使用温度,以保证阀门在低温条件下的工作性能,主要是保证其冷冲击强度;低温阀门阀体材料的国内牌号通常有LCB、LF2、LC3、LF3、CF8、F304等。
  2.2 低温阀门主体零部件材料的选用原则
  温度高于-100℃时选用铁素体钢;温度低于-100℃时选用奥氏体钢;温度高于-100℃时,阀杆和螺栓材料采用Ni、,Cr-Mo等合金钢;温度低于-100℃时,采用奥氏体不锈钢制造。
  ①在低温阀门设计中,一方面由结构设计来保证使填料处于接近环境温度下工作,另一方面在选择填料是要考虑填料的低温特性;低温阀门也可采用无填料的波纹管密封结构;低温阀门用垫片必须在常温、低温及温度变化下具有可靠的密封性和复原性。
  ②关于低温阀门的结构,与普通阀门基本相同,关于其型式方面,主要包括球阀止回阀闸阀蝶阀以及截止阀等等。为了避免热量的进入,关于低温管路上的阀门阀盖应用通常选择的是长颈阀盖结构,这样能够对填料函的功能起到良好的保护作用,在填料函与阀杆位置处,避免结冰情况的发生,确保常温下阀杆能处于正常工作之中。一旦切断阀门,低温液体就会将空气中的热量吸收进来,导致气化情况的发生,进而对阀门功能造成影响。
  ③在对带有泄压孔的低温阀门进行安装的过程中,应当对泄压孔的位置进行密切关注,泄压孔应当位于封闭管线侧面,确保安装阀门的方向得到保证。为了保证低温阀门安装工作的正确开展。
  ④低温阀门的深冷处理是将阀门零件浸入低温液氮箱中保温一定时间,以减少其由于温差和金相组织改变而产生的变形,从而提高阀门在低温时的密封性能的一种处理方法。
  ⑤低温阀门的试验份常温试验和低温试验两部分,常温试验应符合GB/T13927、JB/T9092、API598及API 6D的规定;低温阀门的低温试验应在常温试验合格后进行。
  3结语
  低温管道和阀门的选材和设计对于整个管路的设计、走向、应用都具有极为重要的影响,要想达到更好的设计目的和效果,就需要对材料进行深入研究,了解低温介质特性,做好介质传输工况和低温管道的布置,从而让整个管路的应用效果得以強化,让管路在低温环境下依然能够发挥其功效。
  参考文献:
  [1]李慧文,戈新锐,张建,张永健.LNG低温管道的设计原则[J].广东化工,2016,43(14):198-202.
  [2]张大船.液化天然气接收站低温管道材料设计[J/OL].炼油技术与工程,2016,46(06):35-38.
  [3]孟波,刘隆,王启.LNG低温阀门安全服役性能研究[J].化工机械,2015,42(05):701-705.
 
 
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