碳化塔吹掃蒸汽管閥門材質(zhì)的選擇

趙麗麗，劉德斌，高 坤

（大化集團(tuán)大連化工股份有限公司，遼寧 大連 116308）

我廠碳化塔第一圈出口的清洗氨Ⅱ管平時結(jié)晶時用蒸汽吹掃，連接處的閥門按設(shè)計是選用碳鋼截止閥，但經(jīng)常出現(xiàn)問題，表現(xiàn)在閥門使用不長時間就會出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。

1 現(xiàn)狀分析

截止閥的主要特點是流線型，明桿帶支架，中法蘭螺栓連接，活套連接閥瓣，升降閥桿與手輪、支架與閥蓋一體式。

截止閥的使用只供全開、全關(guān)各類管路或設(shè)備上的介質(zhì)運行之用，不允許節(jié)流用。碳化塔吹掃蒸汽管上安裝的碳鋼截止閥的閥體及閥蓋的材質(zhì)為WCB，閥瓣材質(zhì)WCB，閥桿材質(zhì)2Cr13，填料為柔性石墨，墊片選擇18－8柔性石墨，螺栓選擇35CrMo。根據(jù)該閥門產(chǎn)品說明書，它適用介質(zhì)為水、油品、蒸汽，吹掃用蒸汽管路的閥門用碳鋼材質(zhì)的截止閥門是合理的。但是現(xiàn)場使用碳鋼閥門的更換頻率太高，有時不足一個星期就出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象，給日常生產(chǎn)及檢修帶來很多麻煩。

2 原因分析

單一閥門的損壞可能是質(zhì)量問題，但經(jīng)常性的損壞可能有其他的原因：

1）閥門的工作壓力不夠。

2）閥門的工作溫度不夠。

3）介質(zhì)成分復(fù)雜，例如內(nèi)部帶有雜質(zhì)，從而吹掃時雜質(zhì)進(jìn)入閥門，使密封面磨損，造成內(nèi)部滲漏。

吹掃管線使用的是來自電廠的0.8MPa蒸汽，所以采用壓力1.6MPa的閥門沒有問題。對應(yīng)《飽和蒸汽溫度與壓力對照表》可以查得1.0MPa飽和蒸汽的溫度約為179.04℃。而1.6MPa WCB閥門的工作溫度為－29～427℃，溫度也沒有問題。

出現(xiàn)問題的地方應(yīng)該在于輸送介質(zhì)。經(jīng)過檢驗部門的取樣分析，電廠輸送來的蒸汽成分單一，沒有問題。但是和吹掃管線連接的清洗氨II管中的介質(zhì)比較復(fù)雜，具體成分如表1所示。

表1 清洗氨Ⅱ取樣分析表

出現(xiàn)S2－是由于其中加入H2S作為抗氧化劑，而S2－的腐蝕性非常強。

表2 金屬和合金在含硫氣體中的抗腐蝕能力［1］

根據(jù)表2金屬和合金在含硫氣體中的抗腐蝕能力中可以看出，低碳鋼的耐硫腐蝕能力很弱。

表3 材料在含硫介質(zhì)中的抗腐蝕能力（部分）［2］

根據(jù)表4閥門材料在腐蝕性介質(zhì)中的抗腐蝕性可知當(dāng)碳鋼與之接觸時，腐蝕率極大，并且材料易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

材料在靜應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的脆性開裂現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂，簡稱應(yīng)力腐蝕，英文縮寫SCC。結(jié)構(gòu)和零件的受力狀態(tài)是多種多樣的，如拉伸應(yīng)力、交變應(yīng)力、沖擊力、振動力等。不同應(yīng)力狀態(tài)與介質(zhì)協(xié)同作用所造成的環(huán)境敏感斷裂形式各不相同。應(yīng)力腐蝕應(yīng)是電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力機械破壞相互促進(jìn)裂紋的生成和擴展的過程。敏感的合金、特定介質(zhì)和一定的靜應(yīng)力是發(fā)生應(yīng)力腐蝕的三個必要條件。對于一定的材料，其應(yīng)力腐蝕只發(fā)生在特定的介質(zhì)中。這種材料與敏感介質(zhì)的組合關(guān)系，稱為應(yīng)力腐蝕體系?？刂品椒ǎ赫_選材，避免構(gòu)成應(yīng)力腐蝕體系，減輕應(yīng)力腐蝕的敏感性；合理設(shè)計、改進(jìn)制造工藝，盡量減小應(yīng)力集中效應(yīng)；改善環(huán)境介質(zhì)；消除或減少介質(zhì)中促進(jìn)應(yīng)力腐蝕的有害物質(zhì)，加入適當(dāng)?shù)木徫g劑；電化學(xué)保護(hù)，外加電流極化，使金屬的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕敏感區(qū)。

3 解決辦法

根據(jù)以上情況，考慮使用一些抗硫腐蝕的材料。對比現(xiàn)場使用不同材質(zhì)閥門的時間，如表4所示。

表4 在我廠情況下閥門使用時間比較

如表3說明所示，316L和哈斯特羅依合金的材質(zhì)能夠用于閥門的受壓零部件，腐蝕率＜0.8mm／a，材料適合使用，但是316L材質(zhì)接觸硫時易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，所以選擇哈斯特羅依合金作為閥口等受壓零部件的材質(zhì)，閥體材質(zhì)選擇316L不銹鋼。

4 效果與效益

在試驗階段，先在環(huán)境最嚴(yán)峻的位置安裝兩臺這種材質(zhì)的閥門，使用達(dá)到六個月未出現(xiàn)閥體滲漏、內(nèi)漏等現(xiàn)象。經(jīng)分析比較，使用時間大于普通白鋼閥門的兩倍，是普通碳鋼閥門的十幾倍，至今沒有出現(xiàn)問題。

5 總 結(jié)

在化工生產(chǎn)中，設(shè)備材質(zhì)的選擇至關(guān)重要。在化工生產(chǎn)中，存在著一些特殊的介質(zhì)，例如海水介質(zhì)、含氨介質(zhì)、高溫蒸汽介質(zhì)等等，對于不同的介質(zhì)在不同的溫度、壓力的下，耐用的情況是不同的。試驗及研究可能使用的材質(zhì)在真實的情況下的使用情況，可以比較和總結(jié)出哪種材質(zhì)更適合此時的生產(chǎn)情況，可以節(jié)省設(shè)備維修維護(hù)費用。

本次對于新材質(zhì)的閥門選擇，解決了滲漏等關(guān)鍵問題，實現(xiàn)工序、崗位綜合管理最優(yōu)化，取得節(jié)能降耗的顯著的經(jīng)濟與社會效益。

［1］ 成大先.機械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009

［2］ 陸培文.閥門設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007