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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(mén)之一，選用止回閥時(shí)，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(jì)性綜合考慮，此外在石油化工裝置設(shè)計(jì)中還要明確止回閥的材質(zhì)、端面連接型式、壓力等級(jí)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)技術(shù)參數(shù)。為了使選用的止回閥能夠滿(mǎn)足工藝條件的要求，建議在石油化工裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)針對(duì)止回閥提出詳細(xì)的技術(shù)規(guī)格書(shū)。從而使止回閥的選用能夠達(dá)到最佳綜合使用效果。文中，對(duì)石油化工裝置中止回閥概述，分析影響止回閥類(lèi)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(jiàn)的閥門(mén)類(lèi)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(pán)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(diǎn)。在石油化工裝置設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)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(jí)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(mén)是石油化工裝置中重要的管道承壓元件，其數(shù)量和種類(lèi)較多，其中止回閥是的閥門(mén)類(lèi)型之一：一般情況下，一套石油化工裝置有數(shù)千臺(tái)閥門(mén)，其中止回閥的數(shù)量約占工藝閥門(mén)數(shù)量的5%，表1為某10 Mt/a常減壓裝置用工藝閥門(mén)的統(tǒng)計(jì)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(dòng)時(shí)閥瓣自動(dòng)開(kāi)啟，介質(zhì)逆向流動(dòng)時(shí)閥瓣自動(dòng)關(guān)閉，因此止回閥又稱(chēng)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(jī)出口管道； ③背壓式汽輪機(jī)乏汽管道； ④進(jìn)出裝置的工藝介質(zhì)管道（兼做開(kāi)工引油、停工退油的管道除外）； ⑤與可燃?xì)怏w、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(dòng)力開(kāi)啟、關(guān)閉啟閉件（閥瓣）的自動(dòng)閥門(mén)，也稱(chēng)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(dòng)電機(jī)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(yùn)行。本文依托油田地面工程項(xiàng)目實(shí)際，詳細(xì)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(shí)例，為廣大工程設(shè)計(jì)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(lèi)型，不同類(lèi)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(jì)初期，工藝專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員根據(jù)特定工況下止回閥對(duì)小沖擊壓力或無(wú)撞擊關(guān)閉時(shí)所需要的關(guān)閉速度及其速度特性進(jìn)行定性評(píng)估來(lái)選擇止回閥的類(lèi)型。這種方法雖不十分精確，但一般適用于大多數(shù)場(chǎng)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(chēng)壓力必須與實(shí)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(kāi)時(shí)的摩阻損失等必須滿(mǎn)足工藝設(shè)計(jì)的要求，正常生產(chǎn)時(shí)保證啟閉件處于全開(kāi)狀態(tài)； （4）止回閥可能產(chǎn)生的水錘沖擊力不可超過(guò)設(shè)備或管道系統(tǒng)的閾強(qiáng)度； （5）止回閥組件的抗撓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)運(yùn)行要求； （6）在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，選擇的止回閥應(yīng)力求經(jīng)濟(jì)、體積小、重量輕，宜于運(yùn)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(duì)止回閥的選擇有一定的借鑒意義，如表1所示。
在以上閥門(mén)選型要求的基礎(chǔ)上，前人已總結(jié)出一些針對(duì)特殊工況適用性的新型止回閥。設(shè)計(jì)人員可結(jié)合工程實(shí)際，選型時(shí)充分考慮新型閥門(mén)優(yōu)勢(shì)。如目前在海外油氣田地面工程項(xiàng)目中應(yīng)用較多的高效無(wú)聲止回閥，閥瓣質(zhì)量輕、動(dòng)作靈敏、開(kāi)啟行程極短（快開(kāi)啟時(shí)間僅0.15s）、結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度短，尤其適用于長(zhǎng)輸管線，可安裝在管道任何位置，關(guān)閉時(shí)無(wú)沖擊、無(wú)噪聲。
2 石油化工裝置止回閥選型分析 類(lèi)型選用的因素 由于止回閥的種類(lèi)較多，在進(jìn)行石油化工裝置管道設(shè)計(jì)時(shí)，不可避免要涉及到止回閥的選用。止回閥類(lèi)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(huì)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(lèi)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(mǎn)足工藝要求。當(dāng)工藝對(duì)止回閥的結(jié)構(gòu)有特殊要求時(shí)，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(jī)出口管道，工藝會(huì)要求采用無(wú)沖擊式止回閥，其目的是避免由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力頻繁波動(dòng)，導(dǎo)致止回閥的閥瓣頻繁開(kāi)啟和受到?jīng)_擊，從而造成止回閥損壞。而對(duì)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(yùn)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(shí)降低止回閥損壞失效的機(jī)率，所以采用兩個(gè)不同類(lèi)型的止回閥。 （2）應(yīng)滿(mǎn)足壓力降的要求。有些管道對(duì)壓力降要求特別嚴(yán)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(shí)，還需要進(jìn)行模擬計(jì)算以確定壓力降是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 （3）操作壓力要求。對(duì)于操作壓力特別低的大口徑止回閥，若選用標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí)的旋啟式止回閥或升降式止回閥，可能會(huì)由于閥瓣較重，導(dǎo)致正常操作條件下，閥瓣無(wú)法打開(kāi)。而對(duì)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(mén)尺寸的影響。一般，公稱(chēng)直徑小于DN50的止回閥常用升降式止回閥；公稱(chēng)直徑大于等于DN50、小于DN400時(shí)，可選用旋啟式止回閥；公稱(chēng)直徑大于DN400、小于DN600時(shí)，可選用斜盤(pán)式止回閥；公稱(chēng)直徑大于DN50、小于DNl200時(shí)，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(pán)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(dòng)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(duì)于較大口徑的止回閥，當(dāng)安裝空間較小時(shí)，可以選用對(duì)夾雙式板止回閥。 （7）經(jīng)濟(jì)性的影響。當(dāng)多種止回閥均能滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)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(lèi)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(jí)、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)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(chēng)直徑小于DN50時(shí)，閥體、閥蓋一般采用鍛件；當(dāng)公稱(chēng)直徑大于或等于DN50時(shí)，閥體、閥蓋一般采用鑄件，當(dāng)然對(duì)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(shí)，還需要明確彈簧材質(zhì)。閥門(mén)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(wú)損檢測(cè)、耐腐蝕性能等指標(biāo)應(yīng)根據(jù)使用工況，由設(shè)計(jì)提出限制和附加要求，以滿(mǎn)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(duì)焊連接和螺紋連接。對(duì)于石油化工裝置，承插焊連接和螺紋連接一般僅用于公稱(chēng)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(duì)于壓力等級(jí)大于等于CL900的閥門(mén)，為減少泄漏點(diǎn)一般采用承插焊連接（公稱(chēng)直徑小于DN50）和對(duì)焊連接（公稱(chēng)直徑大于等于DN50）。止回閥的壓力等級(jí)一般與管道系統(tǒng)的壓力等級(jí)一致，當(dāng)采用螺紋或承插焊連接時(shí)，閥門(mén)壓力等級(jí)最小采用CL800。 此外，某些特定工況下閥門(mén)關(guān)閉時(shí)要求水錘沖擊力較小或無(wú)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(yáng)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(wú)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(yáng)程高、壓力管段長(zhǎng)且未設(shè)置氣壓式調(diào)解室的場(chǎng)合，目前多采用液控緩閉式止回閥。在水泵揚(yáng)程低的長(zhǎng)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(dòng)型止回閥起到慢關(guān)效果。 作為配管專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員，在工藝專(zhuān)業(yè)優(yōu)選閥門(mén)類(lèi)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(lèi)型的止回閥時(shí)，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(xiàng)目中，止回閥參數(shù)主要參考API、ASME、BS等國(guó)際通用規(guī)范，如API6D、API594、API602、ASMEB16.34、BS1868、BS1873、ISO15761、MSSSP-42、MSSSP-80等；在國(guó)內(nèi)油田地面工程項(xiàng)目中主要依照GB/T12233、GB/T12235、GB/T12236、GB/T13932、JB/T8937等標(biāo)準(zhǔn)。
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(diǎn)。 （1）必須嚴(yán)格按照閥門(mén)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(dòng)的垂直管道上； （3）升降式底閥主要安裝在不能自吸或無(wú)真空泵抽氣引水的水泵吸水管尾端立管。底閥需沒(méi)入水中，防止進(jìn)入吸水管中的水或啟動(dòng)前預(yù)先灌入水泵和吸水管中的水倒流，保證水泵正常開(kāi)啟。內(nèi)含過(guò)濾網(wǎng)，可阻止雜質(zhì)進(jìn)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(shí)，介質(zhì)必須為自下而上，同時(shí)也可安裝于傾斜管道； （5）對(duì)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(lái)代替升降式和旋啟式止回閥； （6）蝶式止回閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lèi)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(duì)工況要求較為嚴(yán)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(chǎng)合，但工況僅限于1MPa、70℃以?xún)?nèi)； （9）止回閥應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離脈動(dòng)源的地方，盡量保證前后管道不出現(xiàn)大的擾動(dòng)。部分止回閥前后有直管段長(zhǎng)度的要求，配管時(shí)可選擇合適支吊架來(lái)提高管道穩(wěn)定性，保證止回閥的正常工作，延長(zhǎng)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)或英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，常用標(biāo)準(zhǔn)有API 602--2009《石油和天然氣工業(yè)用公稱(chēng)尺寸小于和等于DNl00的鋼制閘閥、截止閥和止回閥》，API 594--2010《對(duì)夾式，凸耳對(duì)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(mén)》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(duì)焊端）用規(guī)范》等。
為了保證止回閥設(shè)計(jì)的需要和制造質(zhì)量，從而滿(mǎn)足止回閥對(duì)使用工況條件的要求，建議在石油化工裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)止回閥提出技術(shù)規(guī)格書(shū)，且規(guī)格書(shū)的內(nèi)容應(yīng)至少包括閥門(mén)結(jié)構(gòu)、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、閥門(mén)規(guī)格、壓力等級(jí)、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(jìn)行止回閥的設(shè)計(jì)，必要時(shí)通過(guò)分析計(jì)算、計(jì)算機(jī)流體模擬分析或模擬試驗(yàn)、型式試驗(yàn)等方法驗(yàn)證止回閥的性能，以確保止回閥滿(mǎn)足使用工況的要求。
綜上所述，止回閥雖然僅僅是一個(gè)附件，似乎對(duì)系統(tǒng)影響不大，在選型設(shè)計(jì)和實(shí)際采購(gòu)上普遍不受重視，但通過(guò)本文的分析，止回閥的選型設(shè)計(jì)必須引起給設(shè)計(jì)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(mén)類(lèi)型之一，選型和配管安裝要綜合考慮閥門(mén)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(jì)團(tuán)隊(duì)中工藝專(zhuān)業(yè)與配管專(zhuān)業(yè)等協(xié)同合作，以保證管道系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)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(yùn)行。 |
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