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教你如何选择阀门的密封等级

2020-01-22 23:13:40 17

教你如何选择阀门的密封等级

    阀门是石化装置管道系统的重要组成部分。由于其种类多、数量大,是工厂的主要泄漏源之一。因此,阀门的泄漏要求非常重要。阀门密封性能是指阀门各密封部分防止介质泄漏的能力。阀门的主要密封部件有:启闭部件与阀座的配合面,填料与阀杆和填料箱的配合,以及阀体与阀盖的连接第一种泄漏称为内部泄漏,直接影响阀门切断介质的能力和设备的正常运行。后两种泄漏称为外部泄漏,即介质从阀门内部泄漏到阀门外部,直接影响生产安全,造成工作介质损失、企业经济损失、环境污染,甚至严重的生产事故。特别是对于高温、高压、易燃、易爆、有毒或腐蚀性介质,阀门的外部泄漏是完全不允许的,因为其后果比内部泄漏更严重,所以阀门必须具有可靠的密封性能,以满足其运行条件对泄漏量的要求。

    1、我国阀门密封等级分类标准

目前,我国阀门密封等级有两种常用的分类标准

1.1中国国家标准GB/T 13927-2008 《工业阀门压力试验》中阀门密封等级的分类

1.2按照中国机械工业标准JB/T 9092-1999 《阀门的检验与试验》对阀门密封等级进行分类

    2、国际上阀门密封等级分类标准

目前,外壳中常用的阀门密封分类标准主要有以下五种

    2.1前苏联阀门密封等级分类

为了根据阀门密封程度和指定用途选择产品,阀门按密封程度分类。表3和表4显示了这种分类的基本原则。

    2.2国际标准化组织阀门密封等级分类

国际标准化组织标准ISO5208 - 2008 《工业阀门金属阀门的压力试验》

    2.3美国石油学会(APl)阀门密封等级分类美国石油学会标准API 598 - 2004 《阀门的检查和试验》

    2.4美国阀门和配件工业标准化协会(MSS)对阀门密封等级的分类美国阀门和配件工业标准化协会标准《钢制阀门的压力试验》 MSS SP61 - 2003的允许阀门泄漏要求如下:

(1)如果阀门密封副中的一个密封面使用塑料或橡胶,在密封试验期间不得有可见泄漏

(2)关闭时,每侧最大允许泄漏应为:每毫米公称尺寸和每小时0.4毫升;气体的标称尺寸为每毫米120毫升每小时。

(3)止回阀允许泄漏量可增加4倍。

    2.5美国国家标准/美国仪器协会标准(ANSI/FCI)控制阀密封等级分类

美国国家标准Bin美国仪器协会标准ANSI/FCI 70-2(ASME b 16.104)-2006 《控制阀阀座泄漏》

2.6按照欧盟标准对阀门密封等级进行分类

欧洲标准EN 12266-1-2003 《工业阀门阀门的试验》第1部分压力试验、试验方法和验收标准.强制性要求

3、阀门密封等级的选用

    3.1国内阀门密封等级的选择

    (1)2009年7月1日实施的国家标准GB/T 13927-2008(工业阀门压力试验)参照欧洲标准ISO 5208 - 2008制定适用于工业金属阀门,包括闸阀、截止阀、止回阀、旋塞阀、球阀蝶阀检查和压力试验。密封试验的分类和最大允许泄漏与国际标准化组织5208 - 2008中规定的相同。本标准是国标13927-1992(普通阀门压力试验)的修订版。与国标13927-1992相比,增加了AA、CC、E、EE、F、G六个等级。新标准规定,“泄漏等级的选择应是相关阀门产品标准或订单合同严格要求的等级。”如果产品标准或订单合同中没有特别规定,非金属弹性密封阀应满足甲类要求,金属密封辅助阀应满足丁类要求“一般来说,D级适用于普通阀门,更关键的阀门应该是高于D级的泄漏等级

    (2)机械工业标准JB/T 9092 - 1999 《阀门的检验和试验》是ZB J16006 - 90的修订版密封试验的最大允许泄漏量根据美国石油学会标准API

598 - 1996制定。适用于石油工业用阀门的检验和压力试验,包括金属密封副、弹性密封副和非金属密封副(如陶瓷)的闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀的特点、止回阀和蝶阀GB/T 9092-1999目前正在修订中。

    (3)工程设计应注意:国家标准GB/T 19672-2005(《管道阀门技术条件》)参照欧洲标准国际标准化组织14313 - 1999和美国石油学会标准美国石油学会标准6D -

2002年开发国家标准GB/T 20173-2006 《石油天然气工业管道输送系统管道阀门》参照欧洲标准国际标准化组织14313 - 1999制定GB/T 19672 _ 2005和GB/T 20173-2006都有与国际标准化组织5208 A和d相同的阀门泄漏验收标准因此,如果工程设计中有高于其标准的渗漏要求,则应在订单合同中给出。

    3.2国外阀门密封等级的选择

    (1)前苏联在20世纪50年代主要采用阀门密封等级分类。随着前苏联的解体,大多数国家现在不再使用这种密封等级分类,而是使用欧美标准的密封等级分类欧洲标准EN 12266-1 _ 2003密封等级分类符合国际标准化组织5208 - 2008,但缺少三个等级:AA、CC和ee与1999年版相比,国际标准化组织5208—2008增加了六个等级:AA、CC、E、EE、F和g国际标准化组织5208 - 2008标准将几种密封等级与美国石油学会598和欧洲石油学会12266标准进行了比较

④其他标称尺寸的密封等级的比较可以通过根据口径计算泄漏来获得。

     (2)美国石油学会标准API 598是美国标准阀门最常用的检验和压力测试标准制造商的标准MSSSP61通常用于检查“全开”和“全闭”钢阀门,但

不适用于控制阀。MSS SP61检查通常不用于美国标准阀门美国石油学会598 - 2004适用于按照下列美国石油学会标准制造的阀门的密封性能试验:

法兰型、凸耳、止回阀美国石油学会594

法兰、螺纹和对接焊接金属塞阀美国石油学会599

钢闸阀截止阀和止回阀美国石油学会602

法兰及以下和对接焊接耐腐蚀螺栓阀盖闸阀美国石油学会603

法兰、螺纹和对接焊接金属球阀美国石油学会608

双法兰。 吊耳和片状蝶阀的工程设计应注意:与1996年相比,美国石油学会598 - 2004取消了美国石油学会600(石油和天然气工业用螺栓阀盖钢闸阀)的检验和压力试验美国石油学会600-2001 (ISO 10434-1998)规定,阀门的密封性能试验应参照ISO5208,但标准中表17和表18中的泄漏量与美国石油学会598 - 1996中的相同,而不是采用ISO 5208密封等级分类2009年9月13日实施的美国石油学会600 - 2009标准纠正了2001年版本中的这一矛盾,规定阀门的密封性能测试应符合美国石油学会598,但没有规定的版本,这与美国石油学会598 - 2004相矛盾。因此,在工程设计中选择API 600及其密封性能测试API 598标准时,必须指定标准的版本,以确保标准内容的一致性

    (3)美国石油学会标准API 6D-2008(ISO 14313-2007)《石油和天然气工业一管线输送系统一管线阀门》对阀门泄漏的验收标准是:“软密封阀和油封旋塞阀的泄漏不得超过ISO 5208 A(无可见泄漏),金属座阀的泄漏不得超过ISO 5208(1993)D。但是,根据B.4中描述的密封试验,泄漏不得超过ISO 5208(1993)的两倍标准中的注释:“特殊应用可能要求泄漏小于国际标准化组织5208 (1993)的丁类(J)“因此,在工程设计中存在高于其标准的渗漏要求,这应在订单合同中给出美国石油学会6D - 2008附录B附加试验要求规定了制造商在买方指定时对阀门f J的附加试验要求。

    密封试验分为低压和高压气体密封试验。以惰性气体为试验介质的高压密封试验将取代液体上密封试验和液体密封试验。根据阀门的类型、口径和压力等级,可根据国际标准化组织5208标准的规定选择密封试验。建议对长输管道GAl和GCl上的阀门进行低压密封试验,以提高阀门的合格率。选择高压密封试验时,应注意高压密封试验后弹性密封阀在低压条件下的密封性能可能会降低。阀门密封试验要求应根据介质使用条件的实际情况合理选择,可有效降低阀门的生产成本。

    (4)美国国家标准ansi/fci70-2 (ASME b16.104)-2006适用于控制阀密封等级的规定在工程设计中,应根据介质特性和阀门开启频率等因素选择金属弹性密封或金属密封。金属密封控制阀的密封等级应在订单合同中规定。根据经验,对于金属密封控制阀,一、二、三级要求相对较低,在工程设计中选择较少。一般来说,金属密封控制阀的最低液位为ⅳ,关键控制阀的最低液位为ⅴ或ⅵ。在乙烯装置火炬系统控制阀的设计中,选择了金属密封四级要求,运行良好。

    (5)此外,在工程设计中应注意:美国石油学会6D分会规定奥氏体不锈钢阀门密封试验用水的氯离子含量不得超过30微克/克,国际标准化组织5208和美国石油学会598都规定奥氏体不锈钢阀门密封试验用水的氯离子含量不得超过100微克/克由于各种标准的要求不同,建议在阀门订购合同中明确规定密封试验用水的氯离子含量。

4 低泄漏阀门密封等级分类标准

低泄漏阀是指阀的实际泄漏非常小,不能通过常规水压和气压密封试验来确定,需要用更先进的手段和仪器来检测的小的外部泄漏。阀门向外部环境的轻微泄漏称为低泄漏。目前,世界上常用的检测阀门低泄漏的标准有三种:

    (1)美国环保局方法21 《挥发性有机组分泄漏检测》

    (2)国际标准化组织ISO 15848(工业阀门:低泄漏测量、测试和鉴定程序)

    (3)壳牌Mecspe 77/312 《工业阀门:低泄漏测量、分级系统、资格认定程序及开关阀和控制阀的型式认可和产品试验》

美国环保局美国环保局方法21标准只规定了检测方法,没有泄漏等级的分类,属于地方标准和法规,应用较少。国际标准化组织的两个标准:国际标准化组织15848和壳牌MESC石油工程师协会77/312,从三个方面评估阀门的性能:密封性等级、耐久性等级和温度等级。阀杆和阀体密封处的泄漏密封性分为三个等级。对于国际标准化组织15848标准,阀体密封处的泄漏要求≤ 50 em3/m3,而阀杆处的两个泄漏标准根据阀杆直径计算。

国际标准化组织15848A具有最高的密封等级,而乙和丙具有与壳牌美施77/312相同的密封等级一般来说,低泄漏阀的密封等级低于b级,而波纹管密封阀的密封等级由于阀杆密封位置处的金属波纹管密封而低于a级

5 低泄漏阀门的选用

    波纹管密封阀是低泄漏阀之一过去,波纹管密封阀通常用于对阀门外部泄漏水平有特殊要求的工况。然而,由于波纹管密封阀f-JJm难度大、技术要求高,波纹管材料不能完全国产化,成本过高,限制了其在石化行业的广泛应用。目前,随着人们安全环保意识的不断提高,对外技术合作的增加,国内阀门制造商自身技术实力的不断增强,国内技术人员对低泄漏阀门的认识也不断提高,从而扩大了其应用范围。如果石化企业选用的易燃、易爆、有毒介质阀门能够满足低泄漏标准,无疑将大大减少装置中有毒、易燃、易爆介质的排放量,避免阀门泄漏引发火灾、爆炸、中毒等危及生命安全的事故。

    与波纹管阀相比,符合ISO15848和壳牌MESC石油工程师学会77/31标准的低泄漏阀结构简单,易于加工制造,其成本比普通阀高出约10% ~ 20%。根据前面对两种标准密封等级的分析比较,紧密等级的b类阀门的泄漏量一般可以满足一些特殊工况下的低泄漏要求,加工精度要求相对容易达到,制造成本增加很少,可以替代一些波纹管阀门的使用目前,低泄漏阀门对于硫化氢含量高的油气田净化系统更具有现实意义。由于硫化氢是一种剧毒可燃气体,比空气体重,会积聚在低洼地区,吸入一定浓度的硫化氢会对身体造成伤害,甚至导致死亡,因此对这类天然气净化设施的泄漏要求更加严格。

6 结束语

    选择密封等级和规定的允许泄漏量时,应注意高压阀门密封面之间介质泄漏引起的表面腐蚀如果有腐蚀性介质泄漏,泄漏处的金属将被腐蚀。随着泄漏间隙的增加,泄漏量也会迅速增加,导致阀门报废。因此,对于在高压或腐蚀性介质下工作的阀门,应提出更高的要求,以确保密封性。在输送易燃、易爆和有毒介质的管道中,阀门密封面之间的介质泄漏会造成人身危害、经济损失甚至事故因此,对于输送易燃、易爆和有毒介质的阀门,应根据介质的危害程度合理提出密封要求

    任何密封有时都允许有轻微泄漏。如果泄漏不起作用,可以认为是密封的。阀门制造的技术标准通常规定,在关闭状态下进行密封性能测试时,允许金属对金属密封有一定程度的泄漏。为了确保阀门的高密封性能,密封面必须仔细研磨,以增加密封面上的比压力,但小于密封面材料的允许比压力,同时必须提高结构刚度。阀门的使用经验表明,在许多情况下,没有必要对阀门的密封性能提出过高的要求,因为有些工况完全允许介质轻微泄漏,因为泄漏不足以影响阀门的使用。相反,提高这些阀门的密封性能将使制造过程复杂化,增加成本并造成不必要的浪费。阀门本身的结构设计和制造工艺对其外部泄漏的影响最为明显。对于低泄漏阀门,对阀体、阀杆、填料箱等关键部件的设计和制造工艺要求更为严格,例如:

    (1)阀体和阀盖的质量,特别是锻造或铸造时,应避免折叠、夹渣、气孔、组织排空、隐藏裂纹和成分不均匀等缺陷。

    (2)阀杆和阀体连接处零件的加工质量,特别是阀杆和填料箱的粗糙度、阀杆的直线度、阀盖填料箱孔的垂直度和加工精度。

    (3)阀门填料箱的结构选择。由于阀杆处的密封是动态密封,在阀杆旋转或滑动过程中,填料容易磨损。选择特殊的低泄漏填料密封和填料密封组合,严格控制填料与阀杆之间的间隙和填料与填料箱之间的间隙。

综上所述,阀门类型的选择不仅要满足工艺条件和标准,还要充分考虑各种操作条件。工程设计中选择的阀门密封等级应符合安全、合理、经济的原则。

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