高压加氢装置阀门的使用及要求张恣瑜

高压加氢装置阀门的使用及要求张恣瑜

张恣瑜薛莹

大连大高阀门股份有限公司辽宁大连116037

摘要：高压加氢阀工作环境恶劣，对其性能和质量提出了更高的要求。国内生产基本能满足需求，但随着装置的大型化和新技术的采用，对加氢高压阀门提出了更高的要求和挑战。本文就高压加氢装置阀门的使用及要求进行了探讨。

关键词：高压加氢装置；阀门；使用；要求

前言

近年来我国加氢技术的推广应用发展很快，新建和升级改造了很多工业装置。但是炼化企业的加氢装置又具有很典型的腐蚀环境，普遍存在硫化氢、硫化氢氨等等腐蚀环境。阀门是在炼化装置中使用周期较长的管道器材，其在管道器材投资中占比较高，同时在使用的很多装置阀门中有很多是进口产品，投资高，制造周期长，所以阀门是装置长期稳定安全运行的重要保障。

1腐蚀环境及选材分析

1.1低温湿硫化氢腐蚀

低温湿硫化氢环境下的腐蚀主要是硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）和氢致开裂（HIC）。加氢装置中低温湿硫化氢环境主要发生在与高压分离器、低压分离器和脱硫化氢气提塔相连的管道。一般来说，对于低温湿硫化氢环境，从兼顾经济性考虑，选用碳钢材料即可。对于发生硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）的环境，可选用抗SSCC的镇静碳钢，此类碳钢要求碳当量（钢材的碳当量是把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。）CE≤0.41%。（CE=C+Mn/6+（Co+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15），材料热处理状态供货，并符合NACEMR0103的规定。当介质中H2S含量超过10000ppm或者H2S含量介于5000ppm至10000ppm之间，介质pH值＜5.5或pH值大于7.5时，阀门的选材应考虑抗HIC碳钢。阀体有抗HIC要求时，阀体材质的硫磷含量应该得到有效的控制，一般认为S≤0.01%（wt），P≤0.015%（wt）时抗腐蚀的性能是最好的。目前市场上应用较多的碳钢阀门材料有ASTMA105和ASTMA216-WCB，使用者可以针对阀门提出上述具体的技术要求，达到增加使用寿命的目的。目前，国内很多阀门制造厂已经具备生产出达到上述要求阀门的能力。有些炼厂加氢装置的腐蚀情况比较严重，这里面可能导致此情况的原因较多，反应注水系统的设计和操作、注入的缓蚀剂的作用效果、注水量的多少都会对腐蚀情况产生影响。

1.2高温氢和高温氢+硫化氢腐蚀

高温的情况下，氢会以原子的形式渗入到金属内部，这已经是大家的共识。从文献上看，高温温度的界限大家并没有完全一致。从工程实践来说，一般认为220℃是比较有代表性的。当温度≥220℃时，氢气或含氢介质会造成金属材料的清脆、脱碳和腐蚀开裂等氢损伤。用于高温氢介质的阀门，必须严格根据临氢作业用钢防止脱碳和微裂纹的操作极限（Nelson曲线）进行材料的选择，碳钢、铬钼钢的耐蚀性依次增强。Nelson曲线是一个反映碳钢和铬钼钢在高温临氢环境下安全使用的经验曲线，为安全起见，操作温度的设计参数应增加30℃到40℃。高温氢+硫化氢腐蚀环境主要发生在加氢装置的加热炉进出口管道，加氢反应器进出口管道及随后的高温换热系统。用于高温氢+硫化氢的阀门，一般多会选择奥氏体型的不锈钢，多为321或347型稳定型奥氏体不锈钢，国内以应用321型奥氏体不锈钢居多。对于阀体材料来讲，锻件为ASTMA182-F321或者ASTMA182-F347，铸件材料为ASTMA351-CF8C。不锈钢的阀内件一般选用不锈钢本体加堆焊STELLITE合金。选用稳定型的奥氏体不锈钢的还可以有效抵抗连多硫酸诱发的晶间腐蚀，工程上有很好的应用。

1.3硫氢化氨腐蚀和氯化铵腐蚀

氯化铵腐蚀和硫氢化氨在现象上常表现为点蚀或全面腐蚀，经常在加氢装置的空冷系统出现。虽然对其腐蚀机理已经研究的比较透彻，但是在生产实际中往往控制的效果不好。原因有很多，工艺因素、生产因素和选材投资控制等都会影响使用。氯化铵易于结晶，水解后会形成酸性腐蚀环境，造成金属腐蚀。由其引起的腐蚀对几乎所有的金属均会产生影响，所以选择材料时要考虑可能引起的腐蚀程度。碳钢和低合金钢基本不耐此类腐蚀，奥氏体不锈钢稍好一些，双相钢可以有一定的效果。氯化铵腐蚀与原料中氯含量、工艺参数调整、注水等都有关系。从选材上来说，工程上的措施是使用耐蚀性高的材料，主要有2507系列双相不锈钢、825合金，825合金应用较多。

2加氢装置高压阀门的需求

2014年国家发布了《石化产业规划布局方案》（发改产业［2014］2208号），对今后一个时期的石化产业布局进行了总体部署，其中加氢装置的大型化已经成为石油化工建设的发展方向。因此，高压阀门大型化的需求已提上日程（表1）。

表1某2000万t/a炼化一体化项目加氢装置高压阀门规格

装置的大型化导致开停工成本的增加，因此装置的大型化对炼油装置长周期连续运行提出了更高的要求。炼油装置的连续运行周期已由过去2～3a，到目前4a大修或5a大修，甚至一些企业生产周期实现7a检修一次。装置的长周期运行对阀门的可靠性要求越来越高，同时随着整个社会对安全和环保的重视及其他一些客观因素，都对阀门的质量及长周期安全使用提出了更高要求，特别是高压加氢阀门应具有高度的可靠性和良好的内在质量。以往加氢装置用高压阀门，主要考虑的是其材质、结构、机械强度等指标。但随着时代的发展，社会的进步，以人为本的理念已经渗透到加氢装置用阀门的操作，维护，检修和更换等过程。现代化大型炼厂要求阀门从更加安全、可靠、节能、环保、清洁生产、操作舒适便捷、易于拆装、维修等诸多方面去设计和制造，要求阀门这一传统产品具有全新的概念和形象。

结束语

近年来，数字化炼厂的建设要求阀门制造单位改变思维，应用先进的设计手段，为数字化炼厂的建设提供更多的技术方案和优质服务。如借助监测手段监控阀门的动态腐蚀状态从而预测阀门的使用寿命，监测阀门关闭的严密性和阀门外泄漏情况，从而使阀门的检修从被动检修转变为可预见性的检修、更换。另外，国家提出的“一带一路”战略为石化产业走出去提供了机遇，“一带一路”沿线有不少国家对石化产业的发展有迫切的愿望。近几年，国内石化工程公司逐步走国际化道路，先后在伊朗、哈萨克斯坦、马来西亚、文莱等国家和地区承担了大型石油化工总承包项目，其中阀门大部分从国内采购，带动了国内阀门走向国外市场。然而，我国的阀门产品要走向国际市场还存在着一些问题，特别是部分产品质量、品牌缺乏知名度等问题，应加以改进和努力，实现石油化工用阀门从中国制造向中国品牌的转变。

参考文献：

[1]秦志坚.石油化工EPC项目工艺阀门的质量控制分析[J].科技致富向导，2013（27）：350-350.

[2]乐精华，李晓刚．《高压加氢装置用阀门技术规范》解析［J］．阀门，2014，（6）．