抗硫阀门抗硫处理

                           抗硫阀门抗硫处理

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1概述
由于石油生产的酸性工况环境，对其设备上阀门的金属材料防硫化氢裂纹提出了较高的要求。本文主要探讨阀门行业常用的美国防腐蚀工程协会（NACE）颁布的用于抗硫化应力开裂的相关金属材料标准。阀体、阀盖材质的选择是以流动介质的温度、压力、腐蚀性和冲刷性为依据的，宜选择与连接管道上的阀门材质相同，至少为碳钢，一般口径小于等于DN40的阀门采用锻钢。阀内件材质的选择：对于有腐蚀性的介质，或者有阀蒸、气蚀的场合、或者对于高差压调节阀    (△P≥35kgf/cm2或500Psig)时，均应采用经过硬化处理的阀芯（如316+Slite，或316+钨铬钴合金）。抗硫闸阀满足了在硫化环境下的抗硫应力裂化要求,内件材料采用耐酸性材质,,封圈采用聚合物作密封材料,适应较宽的温度及压力范围. 上海91视频色下载APP阀门有限公司主营阀门有：91视频看看簧色(91视频黄色网91视频看看簧色,可调式91视频看看簧色,波纹管91视频看看簧色,活塞式91视频看看簧色,91视频WWW免费下载91视频看看簧色,先导式91视频看看簧色,空气91视频看看簧色,氮气91视频看看簧色,水用91视频看看簧色,自力式91视频看看簧色,比例91视频看看簧色)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。在设计选材及试验严格按照标准要求进行,耐腐蚀抗硫化能力强，密封性能稳定，具有良好的防火，防静电性能。抗硫闸阀规格，压力，全通径与缩径齐备，是化工炼油，油气开采等流程系统的理想阀门。

2常用标准
硫化应力开裂（SSC）是存在水和H2S时，在拉伸应力和腐蚀共同作用下所出现的金属开裂。开裂缘由金属表面吸收了硫腐蚀反应所产生的原子氢导致氢应力开裂的一种形式。SSC的敏感性主要与材料的强度（用硬度表示）有关。通常认为，高硬度的材料具有较高的SSC开裂敏感性。
阀门行业防SSC常用的NACE材料标准有NACEMR0175、NACEMR0103、NACEMR0177、NACEMR0175/ISO15156.1、NACEMR0175/ISO15156.2、NACEMR0175/ISO15156.3和NACETM0284等。3标准分析
阀门招投标中提出有抗硫要求的，一般都是NACEMR0175标准，较少提及NACEMR0103标准。NACEMR0175适用于石油和天然气开采环境，
NACEMR0103适用于石油精炼环境。两个标准关
于抗SSC的基本观点和选用材料大部分是一致的，但是NACEMR0103更细化更具体。如NACEMR0103标准对奥氏体不锈钢和镍合金提出了化学成分大或小要求，对双相不锈钢提出了铁素体的体积含量等，而这些要求在NACEMR0175中并未详细说明。现在，标准化组织（ISO）已将NACEMR0175标准同步为ISO标准，根据选用原则和不同材料将其拆分为NACEMR0175/ISO15156.1～3三个标准，其内容上有细微增补。

4NACEMR0175适用范围抗硫环境中，91视频黄色网、冷凝91视频黄色网和酸性原油等湿润气相的（以水为液态介质）H2S分压力等于或大于0.0003MPa（0.05psi）。
NACE标准适用范围一般为裸露于酸性环境中的油气田钻探设备，即处于石油开采、天然气输送等含有硫化氢（H2S）的碳氢化合物介质的工况。处于酸性环境下，会导致未经选择和处理的金属材料开裂失效。因此，NACEMR0175标准提出了一系列防止产生SSC的金属材料牌号、热处理方法及包括硬度在内的材料的机械性能要求。使用中，SSC受很多因素影响。

①材料的化学成分、强度、硬度、热处理和材料的微观结构、局部差异、

抗硫闸阀具有以下优点：

1、流体阻力小 , 密封面受介质的忡刷和侵蚀小。

2、开闭较省力。

3、介质流向不受限制 , 不扰流、不降低压力。

4、形体简单 , 结构长度短，制造工艺性好，适用范围广。抗硫闸阀满足了在硫化环境下的抗硫应力裂化要求,内件材料采用耐酸性材质,,封圈采用聚合物作密封材料,适应较宽.冷作程度、晶粒尺寸和材料的清洁度。

②工况环境中氢离子的浓度（pH）。

③工况环境中H2S的浓度和总压力。

④水相中的氯离子浓度。

⑤材料总的拉伸应力（拉伸应力+残余应力）。

⑥使用温度和使用时间。



5抗硫材料
5.1
材料选用及硬度控制（1）碳钢和合金钢
碳钢和合金钢为铸件、锻件和冷作管件。硬度≤22HRC，其中ASTMA105锻件的硬度应≤187HB，ASTMA234牌号为WPB和WPC的锻制碳钢管件硬度应≤197HB。热处理工艺为热轧（仅适用于碳钢）、退火、正火、正火加回火、正火+固溶+淬火+回火和奥氏体化+淬火+回火。材料的主要牌号有ASTMA105、ASTMA53B级、ASTMA106B级和API5LX－42级。
（2）奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢为铸件和锻件，其硬度为22～38HRC。热处理工艺为固溶退火和冷作退火。材料的主要牌号有UNSS20910、UNSS8020和ASTMA351的CN7M、UNSS31254、UNSN08367、UNSS32200、UNSN08926、UNSJ93254（CK3MCUN）、UNSS32654、UNSS31266及UNSS34565。
（3）铁素体不锈钢
铁素体不锈钢为铸件和锻件，其硬度≤22HRC。热处理工艺为退火。材料的主要牌号有AISI405、AISI430、ASTMA268、TP268、TP405、TP430、TPXM27和TPXM33。
马氏体不锈钢硬度≤22HRC。热处理工艺为三步工艺法。①正火或淬火。②一次回火。③二次回火，二次回火温度需低于前次回火温度。材料的主要牌号有AISI410和501、ASTMA216CA15、A268TP410、A743CA15M、A487CA15M、A487CA6NM和UNSS42400。
低碳马氏体不锈钢硬度为23～28HRC。热处理工艺为三步工艺法。①正火或淬火。②一次回火。③二次回火，二次回火温度需低于前次回火温度。材料的主要牌号有ASTMA487CA6NM、UNSS42400和UNSS41425。
（4）沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢为锻件。硬度31～35HRC。热处理工艺为三步工艺法，固溶退火、固溶退火+时效、双重时效+固溶退火+二次回火。材料的主要牌号有UNSS17400、UNSS66286和UNSS45000。
（5）双相不锈钢双相不锈钢为铸件或锻件。硬度17～36HRC。热处理工艺为固溶退火、固溶退火+冷作。材料的主要牌号有UNSS32404、UNSS31803、UNSS32750、UNSS32760、UNSJ93380、UNSS31260、UNSS39274、UNSJ93404和UNSS39277。
（6）非铁基合金
非铁基合金镍铜合金、镍铬铁合金、镍铬铁钼合金、镍铬合金和镍铬钼合金为铸件和锻件，硬度32～45HRC。
热处理工艺固溶退火、固溶退火+时效、热作+时效。材料的主要牌号有UNSN04400、ASTMA494的M35－1和M35－2、UNSN04405、UNSN05500、UNSN08800、UNSN08825、UNSN06007、UNSN06250、UNSN06255，UNSN06975、UNSN06525和UNSN0718等。
非铁基合金材料钴镍铬钼合金和钴镍铬钨合金为钢材和锻件。硬度22～51HRC。热处理工艺为固溶退火、固溶退火+时效和冷拔+高温时效。材料的主要牌号有UNSR30003、UNSR30004、UNSR30035、英国HR3系列合金、UNSR31233、UNSR30605和UNSR05200。
（7）钛合金
钛合金的硬度32～45HRC，92～100HRB。热处理工艺固溶退火、退火、固溶退火+时效。材料的主要牌号有UNSR53400、UNSR58640、UNSR50400、UNSR56260、UNSR56403、UNSR56404和UNSR56323。

序号	物资名称及型号规格	单位	数量
1	钢法兰截止阀J41H-25  DN100	个	2
2	抗硫钢制楔式闸阀   KJ41H-25   DN100	个	8
3	钢制楔式闸阀Z41H-25 DN40	个	5
4	防爆挠性连接管  LCNG-S25X700-25/25TW	根	4
5	防爆挠性连接管  LCNG-S25*700	根	78
6	防爆挠性连接管  LGNG-S32*1000  G11/4（外）/G11/4（内)	根	4
7	防爆挠性连接管  FNG-25*1000	根	16
8	防爆挠性连接管  LGNG-S50*700-50/50TW	根	2
9	升降式止回阀H41H-25 DN100	套	1
10	抗硫钢制楔式闸阀   KZ41H-25  DN100	套	3
11	钢制楔式闸阀  Z41H-50  DN40	套	4
12	钢制楔式闸阀 Z41H-25 DN100	套	7
13	抗硫升降式止回阀  KH41H-25  DN40	套	1
14	(齿轮式）CPVC蝶阀DN100 PN10	套	6
15	(齿轮式)CPVC蝶阀  DN80  PN10   CP-821	套	3
16	管道用阻火器  PN2.5  DN100	套	1

5.2材料化学成分
（1）ASTMA494CW2M材料要求含硫量≤0.015%，含铝量≤0.05%。
（2）ASTMA351、A734、A744中的CN7M材料，碳含量≤0.035%，硅含量≤1.00%，铜含量3%～5%，硫含量≤0.015%，磷含量≤0.030%，铝含量≤0.05%，其他未予注明的按标准执行。
（3）镍含量高于1%的焊条、焊丝、焊剂等填充金属不可用于可熔焊的碳钢及低合金钢。5.3材料表面处理
（1）抗硫材料表面处理所用喷丸尺寸应≤2.0mm（0.08in．）。
（2）金属表面不得使用电镀、化学镀、塑料涂层及衬里。
（3）金属表面可进行氮化处理，但氮化温度必须低于材料的下临界温度。
（4）金属表面氮化层深度应≤0.15mm（0.006in．）。
（5）金属表面氮化不能作为防硫化裂纹的一种手段。
（6）材料的硬度一般以洛氏硬度（HRC）为参照依据，少数除外。
（7）3.4.6材料的平均硬度测试值（同一区域一般不少于3个测试点）不得高于材料标准值，单个硬度测试值不得超过标准值的2个HRC。
（8）连接螺柱应选用ASTMA193的B7M，小屈服强度为550MPa，硬度≤22HRC，螺母选用ASTMA194的2HM，硬度≤22HRC。B7M与B7、2HM与2H化学成分上相同，但B7M与2HM均比B7与2H强度低而塑性更好，因而抗SSC能力更佳。

6材料焊接材料的基体、焊缝及热影响区的硬度应≤22HRC（在热处理消除应力后），热影响区的硬度压痕应距熔焊边界2mm内。材料的抗硫硬面合金可以用喷涂碳化钨、陶瓷、堆焊钴基和镍基等合金工艺方法，其硬度值应符合使用要求，NACEMR0175标准未做特别明确规定，但基体与热影响区的硬度值明确要求≤22HRC。材料的焊接方法、堆焊材料、硬度等应经过焊接工艺评定。材料的缺陷可以补焊，只要符合焊接规程要求，即补焊工艺经过评定是可靠的和可行的。7
材料质量
（1）材料的化学成分、机械性能和硬度必须符合抗硫材料标准要求。
（2）材料必须按冶炼炉号、钢种和机械性能要求进行正确的热处理，并提供热处理圆盘记录。
（3）经轧制、冷拔或其他冷加工工艺成型的金属，外部形状超过5%的*变形必须经高温消除应力，消除应力的低温度应为595℃或该金属下临界温度以下。
（4）抗SSC环境不准使用易切屑钢（因含有硫、硒、铅等元素）。
（5）承压材料不得使用灰铸铁、奥氏体铸铁和白口铁，可选用ASTMA395标准中的铁素体球墨铸铁。
（6）原材料冶炼时如未经AOD（氩氧脱碳精炼）和真空脱氧精炼，不得使用废料、车削下脚料、金属屑和回收料。因此，阀门主机制造厂应与铸件供应商在供货合同上予以明确。
（7）抗硫材料主要用于酸性环境，不适用于含盐或盐水环境。
（8）如使用未在NACEMR0175标准中列出的材料牌号，应按抗硫试验7个等级（Ⅰ－Ⅶ级）中规定的环境、使用温度和时间要求进行抗硫失效
试验，并提交合格报告，阀门供应商对此要理解。
（9）高温工况下（大于450℃）奥氏体钢、双相不锈钢、镍基合金、钛合金对裂纹会很敏感，应用时制造商应提供Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ或Ⅶ级的试验合格报告，以防产生SSC。
（10）双相不锈钢中铁素体的体积含量应介于35%～65%之间。
（11）不允许对灰铸铁和球墨铸铁进行焊接或补焊。8
阀门质量
阀门的螺纹可采用机械加工或冷压成型（滚压）加工。一般产品加工可采用车削、镗削、轧制、钻削、抛光等常规工艺手段。
（1）正确使用NACEMR0175标准规定的材料及热处理工艺，不使用未经试验证明的材料。
（2）加强材料的热处理质量控制，尤其要重视焊接件的基体与热影响区的硬度控制，原则上基体与热影响区的硬度应保持一致，焊接部位必须进行去应力退火，减少SSC的敏感性。
（3）控制环境，减少硫化氢流通因素。
（4）将使用的阀门与酸性环境有效隔离（可能情况下）。
（5）建立定期检查和访问制度，以观察所用阀门抗SSC的能力及实际使用寿命。
（6）对已发生SSC的阀门进行材料的失效分析研究，开发适应新工况的新材料和热处理新工艺。9
结语
随着国家能源战略的进一步实施和开发利用，抗硫阀门在石油、天然气开采、长输管线及石油精炼等环境上的运用日益增多。因此，正确理解和掌握NACE标准，是提高抗硫设备使用寿命的前提，也是确保设备与人员安全的前提。
参
考文献
〔1〕NACEMR0175－2002，油田设备用抗硫化应力裂纹的金属
材料〔S〕
．〔2〕NACEMR0103－2003，在腐蚀石油精炼环境中抗硫化应力
裂纹的材料要求〔S〕
．〔3〕NACEMR0177－1996，金属在H2S环境中耐特定形式环境
开裂的实验室试验〔S〕
．〔4〕
ANSI/NACEMR0175/ISO15156．1－2009，石油和天然气工业含H2S的石油和天然气生产环境中所使用的材料第1
篇：抗裂材料的选用的一般原则〔S〕
．〔5〕
ANSI/NACEMR0175/ISO15156．2－2009，石油和天然气工业含H2S的石油和天然气生产环境中所使用的材料第2
篇：抗开裂的碳钢和低合金及铸铁的使用〔S〕
．〔6〕
ANSI/NACEMR0175/ISO15156．3－2009，石油和天然气工业－含H2S的石油和天然气生产环境中所使用的材料第3
篇：抗裂耐腐蚀合金（CRAS）和其他合金〔S〕与本文相关的论文有：五阳煤矿应用阀门案例