石油和天然气工业中使用的阀门类型

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了解石油和天然气工业中使用的不同类型的阀门及其区别:API和ASME闸阀、截止阀、止回阀、球阀和蝶阀设计(手动或驱动,锻造或铸造阀体)。简要地说,vAlves是用于控制、调节和开启/关闭流体的流量和压力的管道应用中的机械设备。锻造阀门适用于小孔径或高压管道应用,铸造阀门适用于2英寸以上的管道应用。

什么是阀门?

石化工业中使用的不同类型的阀门适用于下列任何应用:

  1. 启动/停止流动通过管道的流体(碳氢化合物、油气、蒸汽、水、酸类)(例如:闸阀、球阀、蝶阀、刀闸阀或旋塞阀)
  2. 调节流量通过管道的流体(例如:全球阀)
  3. 控制流流体(控制阀)
  4. 改变方向流动(例如3路球阀)
  5. 调节压力过程(减压阀)
  6. 保护从过压(安全或减压)或后压(止回阀)的管道系统或设备(泵,电机,罐)
  7. 滤光片碎片流过管道,保护可能被固体零件损坏的设备(Y和篮子过滤器)

用于石油和天然气工业的阀门
(来源:Spirax石棺

一个阀门被制造出来通过组装多个机械部件,作为主体(外壳),装饰(可更换润湿部件的组合),阀杆,阀圈和动作机构(手动杆,齿轮或致动器)的饰边(手动杆。

小通径(通常为2英寸)或需要高耐压和耐温的阀门采用锻钢阀体制造;直径在2英寸以上的商用阀门具有特点铸造阀体材料

阀门的市场2018年每年价值约400亿美元,主要制造商位于美国,欧洲(意大利,德国,法国和西班牙),日本和中国。

石化阀门

阀门类型

用于石油和天然气工业和管道应用的阀门可以分为多种方式:

圆盘式阀

  • 线性运动:闸阀、截止阀、隔膜阀、夹紧阀和止回阀
  • 旋转运动:蝶阀、球阀、旋塞阀、偏心式和旋启式止回阀
  • 四分之一回转:需要大约四分之一回转运动的装置,从阀杆的0°到90°,从完全关闭的位置移动到完全打开的位置,反之亦然。
油气阀门类型 线性运动的阀门 旋转运动的阀门 四分之一转阀
闸阀 X
截止阀 X
止回阀 X
升降式止回阀 X
翻转式阀瓣止回阀 X
截止止回阀 X X
球阀 X X
夹管阀 X
蝶阀 X X
旋塞阀 X X
隔膜阀 X
安全阀/减压阀 X

由身体材料的阀门

  • CAST(阀体由铸钢制成)。本文列出了阀门的主要铸造材料。
  • 伪造(身体通过锻钢制造)

阐述了铸钢与锻钢的区别

按执行机构类型划分的阀门

  • 手动:手动操作阀门,通过杠杆,轮子和/或齿轮;
  • 执行机构:阀门通过被称为执行机构的机电设备进行动作,执行机构可以是电动的、气动的、液压的和天然气的

阀的设计

  • 闸阀:此类型是管道和管道应用中最常用的。门阀是使用打开并关闭流体(截止阀)的流动的线性运动装置。闸阀不能用于节流应用,即调节流体的流动(在这种情况下应使用球形或球阀)。因此,闸阀是完全打开或关闭的(通过手动轮,齿轮或电动,气动和液压执行器)
  • 截止阀:这种类型的阀门用于油门(调节)流体流动。全球阀还可以关闭流动,但对于该功能,闸阀是优选的。全球阀门在管道中产生压力下降,因为流体必须通过非线性通道。
  • 止回阀:这种类型的阀门用于防止管道系统或管道中可能损坏泵、压缩机等下游设备的回流。当流体有足够的压力时,打开阀门;当它在设计压力下返回(逆流)时,关闭阀门,防止不必要的流动。
  • 球阀球阀是一种用于关闭应用的四分之一转的阀门。这种阀门通过在阀体内旋转的内置球体来开启和关闭流体的流动。球阀是开启-关闭应用的行业标准,比闸阀更轻、更紧凑,具有类似的用途。两种主要的设计是浮动和耳轴(侧入口或上入口)。
  • 蝶阀:这是一种多功能的、经济的、调节或开启/关闭流体流动的阀门。蝶阀有同心或偏心设计(双/三重),形状紧凑,与球阀相比越来越具有竞争力,因为它们的结构更简单,成本更高。
  • PINCH阀:这是一种线性运动阀,可用于处理固体材料、泥浆和致密流体的管道应用中的节流和关闭应用。夹紧阀的特点是有一个夹紧管来调节流量。
  • 插阀:旋塞阀被分类为用于关闭应用的直角旋转阀。第一个旋塞阀是罗马人用来控制水管的。
  • 安全阀当前位置安全阀用于保护管道装置免受可能危及人命或其他资产的危险超压。实际上,当超过设定值时,安全阀释放压力。
  • 控制阀:这些是自动化复杂的石化过程的阀门。
  • Y-STRAINERS:虽然不是一个合适的阀门,但y型过滤器具有过滤杂物和保护下游设备的重要功能,否则可能会损坏

阀的尺寸

为了确保不同制造商的阀门是可互换的,面对面尺寸(即阀门之间的距离和英寸之间的距离和阀门之间的英寸)的关键类型的阀门已经标准化了ASME B16.10规范

(来源:仪器仪表和控制训练Youtube频道)

下载图标
Guidance-on-Valve-Type-Selection

ASME B16.34:阀门合规性

ASME阀门标准B16.34是全球公认的用于设计、制造和测试油气行业阀门的标准。在更通用的ASME规范中也提到了ASME B16.34ASME B31.1、《动力管道设计》。

早在1988年,该标准的范围被修改为除了法兰端阀门外,还包括螺纹端和焊接端阀门。

满足以下条件的阀门符合ASME B16.34要求:

  • 阀体和外壳材料符合ASME和ASTM材料化学和强度标准
  • 体和壳材料进行热处理,以确保适当的晶粒结构,耐腐蚀性和硬度。
  • 身体的壁厚和其他含压力组件的符合ASME B16.34每个压力等级的最小值。
  • NPT和SW端连接符合ASME B1.20.1或ASME B16.11。
  • 阀杆内部加载,防吹出。
  • 所有螺栓连接都是ASTM等级,具有B16.34控制的最大施加应力。
  • 每个阀门都是在1,5倍的压力下测试的壳,用于特定的测试时间持续时间。
  • 每个阀门都要在一个特定的测试时间内进行两个方向的阀座泄漏测试。
  • 每个阀门都永久性地标有结构材料、操作极限和制造商名称。

控制阀门

油气工业中使用控制阀根据控制器管理的信号来调节管道或过程中的流体(以及相关工艺参数作为压力,温度和水平)的流速。流量控制阀在复杂的石化过程中的作用是关键,因为该过程中涉及的多个循环应保持在严格和动态的控制下,以确保整个过程如预期工作并产生所需的输出在数量,质量和时间方面。

在过去的几年里,由于大多数行业的过程自动化的发展,流量控制阀的应用越来越多。

这些类型的阀门用于灌溉系统、水处理厂、石油和天然气厂、发电、防火系统、食品加工行业,通过简化对流程变化的响应,并为人员和设备提供更大的安全性。

在石油和天然气工业中使用的流量控制阀可以有球形、蝶形或球形,并可提供多种材料等级和尺寸。最常用的执行机构类型是气动的,因为与其他类型的执行机构相比,它涉及的辅助设备(如电缆、开关设备)更少。

阀门的开启和关闭及其调节是由电子控制器、定位器和阀门执行器(可以是电动的、气动的或液压的)的综合作用完成的。

执行机构根据关键工艺参数的变化(如压力、液位、温度和流量的变化)来开启和关闭控制阀。

通过这种操作,将过程参数保持在所需的目标范围内,以确保整个过程如预期的工作,并以所需的数量和质量产生最终产品。

流量控制阀组件

控制阀的主要组件是:

  • 身体:其中包含调制元件并进行工作
  • 定位器:是控制阀门开度的元件,安装在阀体上
  • 执行器:用于移动阀的调制元件的装置,例如球(球阀),圆盘(蝴蝶)或杆(圆顶阀)
  • 控制器

流量控制阀

流量控制阀执行机构

执行机构的选择是基于杆的所需推力和阀门的运动。

工程师必须确定图表或活塞执行器是否是最合适的类型。致动器是用于移动和定位阀体内的流量控制元件的主要能量源。

提供各种类型,包括气动,电动,液压,电动液压和手动。气动执行器是最广泛用于节流应用。

作为一个多世纪以来自动控制的标准,有三种类型的气动执行器可供选择:活塞式、弹簧膜片式和旋转叶片式。前两个可以用于旋转阀杆或滑杆阀杆;后者仅用于旋转阀。

流量控制阀附件

通常,选择定位器换能器,助推器,电磁阀,限位开关,手动轮和行程停止,缓冲器,稳压器,传输线等配件的选择是基于工程规格。

成本是材料选择的一个主要因素。

不仅仅是每磅材料的成本,还包括制造和检查的成本。安装费用不仅包括安装费用,还包括由于安装不当造成的任何损害的费用和检查费用。

后者包括材料化学分析,射线照相和铸件和焊缝的表面检查,检查安装的阀门是否正确,方向是否正确。

适当或最佳控制阀类型的选择取决于管道系统的特定研究和其流体的条件,但控制阀的尺寸应使得压力下降而不是管道的压力下降是控制流程的那个。

所有阀门,包括蒸汽控制阀,都符合允许的内部泄漏标准(FCI / ANSI)。泄漏次数越高,允许的内泄漏率越低。

I级阀门将具有最高的内部泄漏率,通常是最低的成本;虽然VI级阀门将具有最低允许的内部泄漏率。必须指定蒸汽阀以具有不小于IV级的泄漏率。IV类蒸汽控制阀将保持较长的使用寿命。

流量控制阀类型

控制阀可以分为两种主要类型,基于阀杆运动:

  • 线性运动/往复运动:截止阀(直通阀、角阀、三通阀)、隔膜阀和夹紧控制阀
  • 旋转阀杆:球型、蝶型和旋塞型控制阀

全球控制阀可以单独或双座。

往复和旋转控制阀

控制阀的选择

工艺工程师必须考虑许多因素来选择正确的控制阀。甄选时应考虑的一般准则概述如下:

  • 类型的控制;控制的程度;关闭的程度。
  • 设计温度;设计压力;允许压降。
  • 液体腐蚀性;液体侵蚀特性;其他特性,如污垢或结焦。
  • 固有特性,如阀门Cv:泄漏危害程度;冷热保温;成本。

由于设计标准是已知的,工艺工程师可以继续选择正确的控制阀类型和相关设备,以及阀门本身的材料。

下一步是创建详细的规范(通常由专业的管道工程师起草),并为供应商创建描述阀门的采购规范。

规格应至少包含:控制阀类型的描述(旋转,滑动);孔径和压力等级;终结;身体关节的类型;物体部件,装饰,垫圈和螺栓材料的材料规范;定位器和控制器要求;阀门类型的行业设计标准的参考。

一般来说,计算机化的系统可以帮助工程师根据工艺参数确定最合适的控制阀及其特性。

控制阀安装

  • 始终要将排放蒸汽管道至少扩大一个管道直径。排泄管道至少扩大两到三个管道直径是很常见的。需要注意的是,管道的膨胀降低了阀门出口速度,从而延长了阀门的使用寿命。阀门制造商将提供控制阀后适当的管道尺寸。将管道尺寸与传热入口连接相匹配。
  • 蒸汽控制阀后的距离应至少为任何传热入口连接前的十倍管道直径。在减压应用中,在改变流动方向之前,必须至少保留20个水平管道直径。
  • 控制阀必须始终安装在水平蒸汽管线上,而不能垂直安装。
  • 在假定的高流量工况下,更重要的是在低流量工况下正确选择阀门。
  • 在控制阀安装时必须使用旁通阀。旁路阀用于工业设施的工作人员在阀门出现故障或维修时,无需控制阀即可操作过程。
  • 在蒸汽控制阀前后安装压力表,可以实时诊断管道故障。正确安装的重要性怎么强调也不过分。在许多情况下,问题启动的源头可以追溯到没有正确安装的控制阀。强烈建议至少使用具有仪表背景的人员来监督控制阀的安装和设置。

如何订购阀门

在石油和天然气工业中使用的阀门制造商需要知道以下信息,以提供正确的设备:

  • 阀式
  • NPS或DN的孔径
  • 阀门压力额定值(班级范围从150#到4500#)
  • 规格(例如API 6D、API 600、API 602等)
  • 阀体和内饰材料(至少)
  • 所需的端部连接(法兰、螺纹、对焊、凸耳等)
  • 管道中的液体(>油,天然气,水,蒸汽,固体)
  • 工作温度和压力
  • 数量
  • 交货时间
  • 原产地限制(允许的中国和印度起源)

示例如何订购油气门,全球,止回阀

每个制造商都有自己的阀门订购表,映射用户必须考虑的阀门配置参数:

GS- f - 6“/150-316-B.

1 2 3 4 5 5

1.阀式 2.终端类型 3.尺寸/类 4.基体材料 5.选项
C:止回阀
CL:提升止回阀
CS:检查压力密封阀
旋启式止回阀
G:闸阀
锻造闸阀
GL:轻型闸阀(API 603)
GS:闸阀
O:截止阀
OB:截止波纹管密封阀
操作系统:截止压力密封阀
y:y-trainer
F:法兰结束
T:螺纹端
W:对接焊接端
S:承插焊接端
尺寸:NPS 1/2 - 80″

ANSI标准:
150:150磅课程

300: 300 LB级
600: 600 LB级

1500: 1500 LB级

DIN标准:

PN16
PN25
PN40

JIS标准:

10k:JIS 10K
20 k: JIS 20 k

锻造闸阀
316:铸造S.S CF8M

304:铸造s.s.cf8
F316:锻件s.s. F316
F304:锻件S.S F304
WCB:钢WCB
LCB:钢LCB
HB: Hastelloy B
在:Inconel.
B:旁路
G:齿轮运营商
D:下水道

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