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气动调节球阀新闻
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天然气管道阀门安装前管理

[来源:原创] [作者:无锡科莱恩流体控制设备有限公司] [日期:15-11-21] [点击:]

    

        随着国内对天然气需求量的不断增长,天然气骨干管网的建设持续推进,陕京、西一线、西二线等一批大口径、高输送压力的天然气主干管网相继建成投产。天然气管道工艺系统上的阀门是否能够正常发挥关断隔离作用,将直接影响输气干线管网运行和维检修作业的正常进行。
阀门是流体管路的控制装置,其基本功能是接通或切断介质流通,改变介质流通方向,调节介质流量和压力,保护管道工艺系统中设备的正常运行和检修期间介质的隔离。提高阀门的可靠性,对阀门进行有效的事故预防,降低事故风险已贯穿到我国天然气管道输送管理的各个层面。保证对阀门进行良好的维护,才能使阀门的使用年限达到最大化的同时保证输气运行安全。参考国内外一些企业和阀门厂家对阀门安装、使用、维护的操作流程,结合各输气管道处理阀门故障的维修案例,得出:阀门在现场放置、吊装、焊接安装、单体试压和系统试压等过程中,出现不同程度故障或造成永久性损坏占很大比例。而前期维护不到位和人员的操作不当也是阀门出现故障的主要原因。天然气管道用工艺阀门在使用前确保不受损害,是其能够在运行期内发挥良好作用的关键。
阀门安装流程为:阀门开箱验收,由施工单位打压测试;将阀门安装在预订的工艺位置,经过升压测试和干燥后,投入运行。参考SY/T4102-95《阀门的检查与安装规范》,将阀门在进场验收、试压和检查的规范与API6D-1999的规定进行对照,提出阀门安装前的指导建议:①阀门放置时阀杆方向向上;②不能将阀门的任何外部配件(注脂嘴、排污嘴、放空阀安全阀、各类执行机构、齿轮箱、手柄等)作为阀门放置时的支撑使用;③不能将阀门袖管、法兰面等部位作为阀门放置时的支撑使用;④存放阀门时做好防雨、防锈等工作;⑤妥善保管与阀门配套的法兰、螺栓、螺母、手柄等零配件;⑥保护好阀门袖管焊接部位、法兰面等敏感脆弱部位;⑦妥善密封阀门端口;⑧保护好阀门和执行机构的防腐、防锈涂层;⑨明确规定阀门在存放期间注意事项,任何人不能随意转动阀门;⑩阀门在安装前应进行保养和启闭检查。

1/安装前的储存

天然气管道阀门运行期间出现的多数故障,是由于在阀门进场后没有严格执行规范化管理而在储存过程中造成的。在设备存放环节,施工单位不能以工期要求或受施工现场环境和空间的限制而随意进行施工前期的物料管理。

1.1放置时阀杆方向向上


阀门的阀杆依靠填料密封,盘根填料通常为碳纤维、氟塑料、柔性石墨。阀杆要实现密封,底层填料的径向接触压力必须不小于封闭介质的压力。目前,阀门填料机构多为上装式,填料压盖需要施加较大的压紧力。为防止扭矩过大,装配时要求逐层安装,且要求进行开关测试。对阀杆有防止上偏的要求,填料压盖与阀杆间隙保持一致的要求,压盖压入填料箱,限制为5mm的维修余量。由于阀杆密封填料材质的限制,要求阀门保持阀杆向上的储存方式。目前的压盖填料设计,底层填料很难被压紧,阀杆因受上层填料压紧力影响,启闭力矩大。阀杆处密封质量的好坏,可以通过验收时压盖安装外观和手动开启进行操作力矩验证,亦可以进行直观的检查。


1.2外部配件、袖管、法兰面等部位不能作为阀门放置时的支撑使用

阀门正确放置才能保证注脂嘴、排污嘴、放空阀、安全阀、各类执行机构、齿轮箱、手柄不会因受力而变形损坏。天然气管道使用的阀门自重大,且安全阀、排污阀引出管较长、尺寸较大,注脂嘴大多直接安装在阀体上,很少有凹进阀体的设计。因吊装或放置不当,注脂嘴、安全阀、排污阀可能变形或断裂。修复作业可现场进行,但在取断丝、修整内螺纹的过程中,碎屑可能进入注脂通道内,使内止回阀受卡而无法正常运行,这将给日后的管道运行留下严重的安全隐患。
阀门袖管、法兰面高于阀门底部,正常放置时不会与地面接触。若袖管撞击地面导致椭圆度超标或坡口磕碰损伤,将给以后的焊接安装增加额外的工作量。阀门的法兰因使用缠绕垫片或钢环法兰垫,在加工过程中,对平面法兰的密封水线和凹凸法兰的环槽加工精度都有很高的要求。受机械碰撞后将产生凹坑、缺损,修复工作十分复杂,很难达到工艺要求,直接影响法兰密封的安全性。


3做好防雨、防锈,并妥善保管与阀门配套的零配件

阀门防雨、防潮、防锈工作十分重要。标准的阀门包装方式为喷防雨标志、木箱内加隔潮膜、包装箱内放置干燥剂包。由于阀门很少使用不锈钢材质,即使阀体表面刷涂油漆,阀体内侧、阀芯、阀座的弹簧等部位还是会受潮生锈。阀门厂家应该在出厂前做好阀门相关零部件的防锈润滑工作,同时在安装前的存放环节做好防锈工作的监督。
需要做好以下检查工作:①齿轮箱中有无锈蚀,黄油燥化。由于齿轮箱上盖密封不严,齿轮箱内润滑脂燥化或受潮变质,将缩短润滑脂的使用周期。及时检查密封圈质量,为日后运行制定维护保养周期提供依据。②排污阀、放空丝堵、注脂嘴防尘帽、压盖螺栓要进行防锈处理,尤其是排污阀安装的是内六角螺栓的情况,更应注意防锈润滑处理。③执行器的阀轴套筒有无锈蚀。套筒锈蚀直接影响阀门的启闭力矩,严重时阀门执行器的蜗杆会顶破执行器外壳。对阀门维护是全过程的,要在安装前就做好上述工作,避免因受潮生锈导致故障的发生。
目前阀门厂家配套法兰使用的螺栓、螺母种类繁多。现场安装标准是螺栓长度高出螺母三扣,且需加弹簧圈、平垫。安装前应对配装的螺栓尺寸、螺栓有无防锈处理,弹簧圈、平垫配置情况进行详细排查,严格执行收储检查。对阀门阀杆上的键槽和配装的钢键验收时,应进行公差检查。若阀门使用的执行器为电动、气动或气液联动执行器,而钢键与键槽安装间歇较大,在开关操作中,会引起键槽因受力不均而变形,严重影响阀门的可靠性。


1.4妥善密封阀门端口,保护防腐、防锈涂层

按照美国石油学会API6D-1999关于阀门在存放和发运环节中对阀门开孔防护的要求,法兰端和焊接端应隔离,以保护垫圈面、焊接端和阀门内表面。保护盖可以用木材、木材纤维、塑料或金属制成,并用螺栓、钢带、钢夹或适当的磨擦锁紧器将保护盖固定于阀门端部,保护盖的设计应确保保护盖未拆除阀门就无法进行安装。为防止对阀门密封件的意外损伤,旋塞阀、球阀都应以全开位置发运。目前天然气管道站场中阀门的主要故障为内漏,阀门软、硬密封随着使用年限的增加,内漏现象会日趋严重。喀麦隆公司生产的球阀,其阀座一次只能旋转15°,通过均匀地使阀座密封受到冲刷而延长使用寿命。统计结果表明,阀门发生内漏多是由于在安装前和安装后的吹扫试压过程中,阀门密封面受损而引发。例如球阀,阀门密封依靠预紧弹簧推向阀座而实现,如果阀座的沟槽内卡有异物,阀门在运行前又疏于预防性维护检查,嵌入密封槽内的垫隔物会划伤阀球,阀球受损伤后将严重影响球阀的密封效果。


1.5保护好阀门及执行机构的防腐、防锈涂层

阀门不论是安装于地上还是地下,都应注意阀体各部件的防腐、防锈工作。天然气站场阀门一般不做保温处理,阀体各部件均暴露在空气中,如不采取防锈措施,阀杆、填料函压盖、执行器、涡轮涡杆箱等部位的锈蚀,将对阀门开关造成影响。埋地安装或在潮湿环境下(如地下阀井)安装的阀门,巡检频次会低于地表安装的设备,更需要进行防腐、防锈处理,在安装前增加防护层涂刷的维护。如果阀门安装在强制阴极阴保系统中(如干线阀室的截断阀,埋地安装的阀门),则阀门的防腐层与管道防腐层必须为同一级别,否则阀门防腐层的破损不仅使阀体产生锈蚀,更会泄漏输气干线阴极保护电流,降低阴保系统效能。


1.6阀门在存放期间不能随意转动

阀门在运输和储存期间要求处于全开状态,API6D-1999规定旋塞阀、球阀和反作用的导向阀应以全开位置发运,以使阀座均匀受力,避免产生变形损伤。以球阀为例,阀座的密封面有一定的弧度,这是因为球阀与阀座的配合公差为5°。当球阀需要进行单侧阀座密封测试时,出现内漏应按照弧度公差范围进行调整。阀门在存放期内严禁随意转动,否则阀座会因受力不均产生不可逆的压痕变形,而且会影响后期的阀门限位调整验证工作。

2/安装前的维护和检查

阀门在工厂试压后,在全开位置固定,安装前必须进行启闭测试。实际操作中往往会忽略一项很重要的工作,即在阀门安装前对其进行系统的管理和维护保养。阀门在使用全周期内要进行科学的管控,需要进行规范化的检查项编制、维护操作、档案记录。在站场工艺设备安装施工中,安装单位、投产单位在安装、试压期间的保养记录作为阀门管控的基础数据。除了记录数据的偏差有待核实外,还应严格监控是否做到了全面保养,以及保养的方式是否符合规程。阀门管控的主体是运行单位,应在阀门安装前就对其进行科学规范的管理。
阀门故障多为内漏和外漏,还有启闭力矩大等故障。内漏包括阀座的泄漏和阀座密封圈损坏造成的泄漏,外漏包括阀杆的泄漏和注脂嘴、安全阀、排污阀连接处的泄漏。内漏是运行中维修最繁琐的,其是多种因素迭加的后果,也是造成阀杆外漏的主要原因。在安装前进行注脂维护的目的就是要排除这些隐患,保证阀门安装后正常运行。在阀门安装前需着重做好以下工作:①进行阀门阀芯、齿轮箱、执行器、注脂嘴润滑油注入量检查,清除焊渣、铁屑等异物。②检查阀门操作力矩。API6D-1999规定操作力距最大不超过350N·m,中国石油所属管道公司球阀操作规程大多规定为一人操作。③阀门注脂时,应检查阀座上润滑脂溢出情况是否均匀,注脂嘴注入过程是否通畅。④确认阀门是否开有平衡孔。


2.1阀体和阀腔内异物排查

阀门是金属制造的机械设备,设备运转灵活的前提条件是要润滑。润滑油均匀地涂在阀门内外及各构件上形成油膜,是阀门防止锈蚀的基础。在安装前不仅要关注阀门内通道及阀芯内外的油膜防护情况,对放空阀(丝堵)、排污阀、泄压阀、注脂嘴等附属部件,均需进行全面的润滑油维护检查。阀门安装后,阀腔内部将无法进行检查,水试压或吹扫过程中可能将异物带到阀座处,造成对阀座密封的损伤。通过现场目视检查就可知阀座处有无垫隔物,球阀尤其是全焊接式球阀,在出厂吹扫时会遗留金属屑,卡在阀座上将在开启时对阀座造成损伤。应注意对阀座后沟槽的检查,如嵌入杂物过多,会发生阀门“抱死”故障。目前一些阀门厂家在阀门出厂时,对阀座进行贴密封纸的防护措施,如未采取该措施,应仔细对阀座进行检查。


2.2阀门操作力矩检查

阀门在安装前应该进行开关操作检查。以天然气管道、站场安装数量最大的球阀为例,行业标准规定球阀由一个人进行操作,如果出现开启困难或测定力矩超过290N·m等情况,不要强行继续操作,可对阀门内部进行3方面的排查:①检查是否因垫隔物卡阻造成;②检查执行器机构有无锈蚀而造成操作力矩增加;③阀杆与密封填料的摩擦阻力是否过大。
止回阀、防喘阀、
调节阀、安全阀等特种阀门需要进行测试检查。因其结构复杂,阀芯或膜片受异物影响或因材质问题造成的损坏概率较高,在运行期间造成的卡阻或功能失效将严重影响生产运行。例如西气东输某压气站,因安全阀内漏,在站场放空作业时,天然气窜入正在检修的压缩机作业面,造成闪燃事故;因压缩机出口止回阀内漏,压缩机出口管道内的高压力回窜至压缩机入口管道,造成压缩机进口法兰泄漏等。上述问题只有在模拟工作状态下进行运行测试时才能发现。为保证安装前质量检查合格,一定要严格进行试压、开启和关断检查。


2.3安装前应进行注脂维护

球阀安装前必须进行注脂维护,内漏只发生在阀座和阀座的O形圈处。阀座在组装期间的受损变形、密封槽(内密封槽)有异物垫隔、阀座O形圈(外密封槽)损坏,是球阀产生内漏的主要原因。通过对阀门注脂嘴进行注脂维护,是判别新阀门有无故障隐患的关键作业。安装前进行注脂作业,可以通过目视检查注脂效果,润滑脂从阀座上均匀挤出并覆在球体表面才能起到最好的润滑作用。注脂作业不仅能直观地看出阀座的密封效果,还能检验阀座O形圈的质量。当发现阀腔内挤出的润滑脂带出来的是一些黑色的杂质或从外密封槽挤出时,就要检查阀座O形圈是否有损伤。维护注脂作业必须使用润滑脂,而不能注清洗液,否则会使阀座O形圈软化,造成变形损伤。进行阀门内漏维护作业时,清洗液注入浸泡球阀密封面的软化时间不能超过12h,然后立即启闭阀门,使管道内流动的介质冲刷掉清洗液,并再次注润滑脂,以减少注脂通道内遗留的清洗液对阀座O形圈的影响。
阀门安装过程中,施工场地的沙尘、管口修整时砂轮打磨下来的沙砾等细小颗粒会直接影响阀门的运行。经过注脂保养的阀门,堆在内密封槽上的润滑脂会有效阻隔小颗粒异物的嵌入。
阀门的注脂嘴是外注脂嘴和内止回阀的配套统称。内止回阀安装在阀体紧邻阀座的内部,体积较小,止回阀下游锁扣壁厚小于外注脂嘴,但内止回阀却是流体不通过注脂嘴泄漏到阀体外的唯一安全保证。由于质量问题,西气东输一线和二线已经开始对输气站场和阀室的部分内止回阀进行更换工作。
在API6D标准中,球阀应设置阀体排污、排空、安全阀、轴颈注脂嘴和阀座注脂嘴。球阀注脂嘴因直接联通阀门通道,其可靠性是阀门运行的关键。注脂嘴依靠弹簧推顶钢珠实现内部通道密封,其下端收口较薄。在注脂作业中,必须使用有监控注脂压力的注脂机具。当注脂压力超过20.6MPa时,将导致内止回阀损坏。轴颈注脂嘴的上下密封圈有操作压力限制,注入压力不得超过17MPa。
防尘帽作为注脂嘴的防护措施,是为了防止注脂嘴处的油脂暴露在空气中燥化,避免因注脂嘴密封面与钢珠间的油膜失效而降低注脂嘴的密封性能。防尘帽的设计和制造没有考虑承压功能,当注脂嘴出现泄漏时,不能压紧防尘帽进行应急处理。在安装前应清理防尘帽,并在注脂作业后擦拭注脂嘴端面,戴好防尘帽。保证端面清洁,是为了在出现泄漏的情况下,能够快速安装锁漏接头。对于两段式注脂嘴,因考虑要维修注脂嘴内的弹簧和钢珠,设计为可拆卸式,但是在拆卸防尘帽的过程中,有可能被误拆卸,为安全考虑,应立即更换。目前场站中安装的一些通径小于100mm的阀门,只在阀体门部安装了一个紧急封闭注脂嘴,其功能只局限于全面封堵阀腔,无法处理阀门内漏,为保证在天然气站场进行生产或维修作业时,不因该类型阀门出现内漏或外漏风险,应全部予以更换或采用安装8字盲板法兰的措施进行风险管控。


2.4阀门开有平衡孔的检查

球阀在常开状态下,阀腔与天然气通道间是物理隔离的。当环境温度变化时,封入阀腔内的介质压力升高,阀腔内的高压有可能冲坏阀杆填料产生外漏,对于未设置泄压功能的固定式球阀阀座密封,可能冲坏阀座密封,甚至导致阀体破裂。阀球上设置平衡孔的目的是平衡腔体内与管道内介质之间的压力,以阻止相变超压现象的发生。通过检查阀门是否设置平衡孔,为球阀在运行期间的管控提供基础依据。若球阀未设置平衡孔,则需严格执行阀门的使用管理规定。
API6D-1999规定,阀门按照压力容器来计算操作压力和温度。阀门腔体的泄放装置应避免腔体内的压力超过38℃时阀门额定压力的1.1倍(API6D1999中规定为1.33倍),外接腔体泄放阀尺寸应大于15mm。从标准升级的要求可知,阀门在野外使用时,由于夏季高温产生的热效应造成的阀门腔体升压带来的安全隐患。未设置球阀平衡孔的新阀门在打压和工艺管道试压时,应将安全阀拆卸后,单独进行测试。尤其是原油和成品油管道的阀门,阀腔因受热升压的风险更大,运行中要增加阀腔安全阀养护和检查的频次,不能拆卸安全阀或用丝堵封堵。

3/结束语

天然气工艺管道安装的阀门,作为工艺通断的控制设备十分重要。阀门安装后的使用性能不仅取决于制造技术,也取决于阀门的安装及安装过程中的保护。在阀门的整个生命周期中,安装前和安装过程中的保护最为脆弱,在这个过程中,阀门内部直接暴露在外部环境中,各种杂质及机械撞击,阀门的各种故障隐患如果没有在安装前排查明确,将给管道的运行带来致命的后果。基于此,从自然因素、环境因素和人为管理因素等方面对如何做好阀门安装前的保护及安装后的维护和使用进行了总结,对管道工程建设整个过程中阀门的保护进行了分析归纳,提出了保护措施和改进建议,可为陆上天然气管道建设过程中阀门的保护提供借鉴。但是,由于天然气管道穿越里程长,经过的地质环境复杂,有些特殊环境下保护经验不足,如海底管道和海上平台等环境下的保护,仍需相关专业人员继续探索总结。(标准天然气)

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