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      首頁 -> 應用案例 -> 氧閥檢修強壓檢測密封方案探究
      案例名稱:氧閥檢修強壓檢測密封方案探究
      案例簡介:     介紹了山東華魯恒升公司大氮肥A爐改造氧閥檢修的要求,結合氧閥對于強壓檢測密封的特殊要求,結合實際檢修情況,對需檢修閥門(BW對焊式)的強壓檢測提供方案進行分析對照,選取最優方案進行實施,達到用戶要求的同時自身積累經驗。

      詳細介紹

      一、檢修背景

      氣化爐為華魯恒升大氮肥國產化裝置中核心設備之一,主要使用于水煤漿的加壓氣化,為合成氨或甲醇生產提供粗原料氣。華魯恒升采用的氣化爐有兩種型式氣化爐:一種為西北化工研究院的專有技術氣化爐(B/C氣化爐);另一種為華東理工大學的專有技術氣化爐(A氣化爐,)。此次A爐改造需檢修氧閥均為日本梅索尼蘭單座閥。閥座泄漏等級為0.001% Max. Diff. Pr.,相應高于ANSI B16.104Class V級。

      氣化爐內氣體高壓高速地燃燒,需要大量氧氣進入,為保證正常的燃燒狀態,確保氣化爐的安全,必須嚴格調節控制氧氣的流量,快速無泄漏地切斷氧氣,由于對調節和切斷2個功能的要求都很高,所以通常用3個控制閥來完成,即氧氣流量控制閥、氧氣切斷閥、氧氣放空閥,統稱氧閥。與一般工業過程控制閥相比,對氣化爐用氧氣閥有特殊要求: 氧氣切斷閥的關閉壓差最高達5.07.0MPa,如此高的壓差條件下同時要求其泄漏等級達到V,并且保證氧氣介質不外漏。這就對閥門的強壓測試與高壓差條件下的泄露檢測提出了較高的要求。

      二、檢修強壓密封方案

      此次需維修五臺氧閥,其中工位號為HV-0706E的氧氣流量控制閥,閥門與管道連接形式為BW對焊式,見圖1。BW對焊式法蘭連接方式,主要用于ANSI900公稱壓力高壓閥門[1]。結合其工作數據表要求閥門關閉后閥前壓力為8.11MPa,閥后為0MPa,為保證滿足標準要求以及安全考慮,根據相關國家標準規定,使用惰性氣體為試驗介質,利用低溫閥門深冷試驗控制設備進行進行強壓測試,氦氣檢漏儀進行檢測和數據顯示,能夠比較精確的檢測閥門的外漏情況,符合檢修協議要求。但是此類高壓閥門的強壓測試存在一定安全隱患,因此針對該類閥門強壓檢測密封方案進行如下探討:

      高壓BW對焊式閥門強壓測試方式通常有三種密封方案:

      方案一:壓機緊壓閥體兩端,閥體兩端密封,一般為O型圈密封進行強壓測試,見圖2;

      方案二:閥體兩端設計螺紋連接方式,制作堵頭,將閥體兩端流道密封,進行強壓測試,見圖3;

      方案三:閥體兩端設計對拉螺桿方式,制作堵頭,將閥體兩端流道密封,進行強壓測試,見圖4;

                                 

      1

      2

       

      3

      4

      三、強壓檢測密封方案分析

      方案一即使用壓機壓緊閥體兩端進行強壓測試對于BW對焊式閥門是不安全的,由于BW對焊式閥門常用于ANSI900以上壓力,因此不可使用方案一對此維修氧閥進行強壓測試。

      方案二即使用螺紋法蘭固定堵頭進行強壓測試,需要進行螺紋力的校核,校核如下:

      閥門最大工作壓力為8.11MPa,根據國家標準,強壓應為工作壓力的1.5倍,應為12.5MPa。為便于操作,故將實際壓力施加為15MPa。
      壓力:150公斤/平方厘米;
      受力面積S3.14X2.5X2.5(平方厘米) 
      總拉力F1F1=2X3.14X2.5X2.5X150=5887.5(kgf)
      換算成牛頓 F=F1X10/1000=58.875(kN)
      堵頭兩端螺紋法蘭直接接受堵頭傳遞力,同為58.875KN,螺紋法蘭螺紋設計為M80X2-7H,螺紋法蘭材質為45鋼調質處理。        

      即兩端堵頭受到的軸向力為58875N  校核過程見下表[2]

      物理量

      單位

      數據

      公稱直徑M

      mm

      80

      螺距p

      mm

      2

      軸向力F

      N

      58875

      螺紋小徑d1

      mm

      77.835

      螺紋中徑d2

      mm

      78.701

      螺紋牙底寬度b

      mm

      1.5

      螺紋工作高度h

      mm

      1.083

      原始三角形高度H

      mm

      1.732

      螺旋升角ψ

      deg

      0.46

      牙型傾角β

      deg

      30

      摩擦系數f

      無量綱

      0.1

      當量摩擦系數fv

      無量綱

      0.12

      當量摩擦角ψv

      deg

      6.59

      螺紋圈數z

      無量綱

      10

      屈服強度σs

      MPa

      345

      極限強度σb

      MPa

      650

      σs/σb

      無量綱

      0.53

      安全系數S

      無量綱

      1.2

      許用拉應力[σ]

      MPa

      288

      螺紋摩擦力矩Mt1

      N·m

      287

      擠壓應力σp

      MPa

      22

      σp<[σp]

      ?

      抗擠壓:合格

      許用剪應力[τ]

      MPa

      172.5

      剪切面積

      mm2

      3668

      0.6*剪切面積

      mm2

      2201

      剪切應力τ

      MPa

      16

      τ<[τ]

      ?

      抗剪切:合格

      [σb]

      MPa

      288

      抗彎模量

      mm3

      917

      彎曲應力σb

      MPa

      35

      σb<[σb]

      ?

      抗彎曲:合格

      螺紋強度σ

      MPa

      12.46577574

      螺紋強度σ<[σ]

      ?

      螺紋強度:合格

      自鎖性

      ?

      自鎖性:滿足

      受力及變形分析見圖4、圖5

              

      4  螺紋法蘭式受力分析圖                  5 螺紋法蘭式變形分析圖

      方案二經過螺紋力校核,從螺紋抗剪切力、抗彎曲力、螺紋強度以及自鎖性方面均能滿足試驗要求,因此方案二可行。結合用戶要求不能對原閥體進行非必要加工,因此此方案暫時擱置,后經與用戶溝通不可實施此方案?梢赃m合自制高壓BW對焊型閥門強壓密封試驗(須校核力)。

      方案三即使用螺栓對拉固定堵頭進行強壓測試,需要進行螺栓螺紋力進行校核,校核如下:
      閥門最大工作壓力為8.11MPa,根據國家標準,強壓應為工作壓力的1.5倍,應為12.5MPa。為便于操作,故將實際壓力施加為15MPa。
      壓力:150公斤/平方厘米;
      受力面積S3.14X2.5X2.5(平方厘米) 
      總拉力F1F1=2X3.14X2.5X2.5X150=5887.5(kgf)
      換算成牛頓 F=F1X10/1000=58.875(kN)
      每根螺栓承受力Fc=F/6=9.8≈10(kN)
      每根對拉螺栓直接接受堵頭傳遞力,同為10KN,螺紋法蘭螺紋設計為M80X2-7H,螺紋法蘭材質為45鋼調質處理。 

      即兩端堵頭受到的軸向力為10000N  校核過程見下表[2]

      物理量

      單位

      數據

      公稱直徑M

      mm

      80

      螺距p

      mm

      2

      軸向力F

      N

      10000

      螺紋小徑d1

      mm

      77.835

      螺紋中徑d2

      mm

      78.701

      螺紋牙底寬度b

      mm

      1.5

      螺紋工作高度h

      mm

      1.083

      原始三角形高度H

      mm

      1.732

      螺旋升角ψ

      deg

      0.46

      牙型傾角β

      deg

      30

      摩擦系數f

      無量綱

      0.1

      當量摩擦系數fv

      無量綱

      0.12

      當量摩擦角ψv

      deg

      6.59

      螺紋圈數z

      無量綱

      10

      屈服強度σs

      MPa

      345

      極限強度σb

      MPa

      650

      σs/σb

      無量綱

      0.53

      安全系數S

      無量綱

      1.2

      許用拉應力[σ]

      MPa

      288

      螺紋摩擦力矩Mt1

      N·m

      49

      擠壓應力σp

      MPa

      4

      σp<[σp]

      ?

      抗擠壓:合格

      許用剪應力[τ]

      MPa

      172.5

      剪切面積

      mm2

      3668

      0.6*剪切面積

      mm2

      2201

      剪切應力τ

      MPa

      3

      τ<[τ]

      ?

      抗剪切:合格

      [σb]

      MPa

      288

      抗彎模量

      mm3

      917

      彎曲應力σb

      MPa

      6

      σb<[σb]

      ?

      抗彎曲:合格

      螺栓強度σ

      MPa

      2.117329213

      螺栓強度σ<[σ]

      ?

      螺栓強度:合格

       

       

       

      自鎖性

      ?

      自鎖性:滿足

      受力及變形分析見圖6 7

              

      6 螺栓對拉式受力分析                      7 螺栓對拉式變形分析

      方案三經過螺紋力校核,從螺紋抗剪切力、抗彎曲力、螺紋強度以及自鎖性方面均能滿足試驗要求,因此方案三可行。與用戶溝通后可實施此方案。同時此方案可以適合自制高壓BW對焊型閥門強壓密封試驗(須校核力)。

      確定強壓檢測密封方案后,進行了設計制作,利用低溫閥門深冷試驗控制柜進行檢測,得出的試驗結果真實可靠,提供了有力的保證(見圖8)。

      8

      四、結束語

      此次高壓氧閥強壓密封檢測試驗的成功開展,為以后高壓氣體介質閥門的強壓檢測密封設計提供了依據。

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