尿素用大口径高压角式截止阀设计及选材.pdf

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1、、伽石油／化I通用机械I6MfnPetroleum＆ChemicalIndusto一尿素用大口径高压角式截止阀设计及选材西安泵阀总厂有限公司(陕西710025)张广前李君样杨军龙王宏祥王标【摘要l合成氨尿素工程尿素系统，常用大口径高压角式截止阀，由于尿素系统易结晶，故此类阀门只能用非平衡式结构，此结构阀门开关力矩较大。基于以上需求，开发了大口径高压非平衡角式截止阀。【关键词l合成氨角式截止阀易结晶一、前言在尿素及合成氨循环系统中，在合成塔的出口，通常装有截止阀，也称为一切阀。此阀对设计要求比较严格，要

2、求其在停车时，一直保持20MPa左右的压力，且不得内漏，但此时塔内溶液中含氧量逐渐减少，故将会加速合成塔的腐蚀。氧在尿素生产中并不是工艺的要求，而是控制腐蚀的需要，氧使易钝化的不锈钢表面处于钝化状态，从而大大降低金属被腐蚀的速度。基于以上，一切阀是尿素装置中最为关键的阀门之一，故在设计及选材时应慎重。公司在2014年的项目中，中标TDN200、PN320，使用温度195℃的尿素装置用阀门，本次选材为“尿素级奥氏体不锈钢”，经了解，此类介质易结晶，故在设计时，此阀门只能采用非平衡式结构。基于以上，公司研

3、制了尿素装置用高压、高温用角式截止阀。=．产品的主要零件的选材此次阀门的连接按浙江工业大学化工设备厂企业等工艺气体，温度一20～210℃。影响阀门腐蚀的因素很多，在此系统中外在因素主要是由尿素生产厂来控制的。一般来说，水溶液全循环尿素生产过程中，需要控制尿素合成塔的工艺指标，从而控制系统自身出现的腐蚀。在设计过程中需要考虑阀门腐蚀的内在因素——阀门材料和结构。在选材方面，阀体及填料箱选择适用于此工况的尿素级不锈钢316Lmod作为主要零件材料。316Lmod是以316L为基础的改良型，为了提高其抵抗尿

4、素溶液和甲胺的腐蚀性能，降低了其含碳量，使其含碳量小于或等于碳在奥氏体中的溶解度，以便获得更稳定的奥氏体组织，以提高抗晶间腐蚀的能力，为加强材料在尿素溶液中钝化作用，钢中w(Mo)规定为2．2％一2．8％，为抵消钼有扩大铁素体相的作用，得到单一的奥氏体组织，钢中加入了微量的氮元素，并将W(Ni)提高到13．5％一16％，Cr、N元素都能提高钢的耐腐蚀疲劳应力。阀杆的选材使用阀杆材料选用$32750双相不锈钢，这种材料具有以下优点：1)在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。2)有良好的耐孔蚀性能。3)

5、有良好的耐蚀、抗疲劳和耐磨性能。4)有良好的综合力学性能，有较高的抗拉强度和屈服强度。标准，本标准适用于管内介质为氨合成、醇合成、尿素316Lmod及$32750(F53)的力学性能见下表。44然器牌：。I睥靴期316Lmod及$32750(F53)力学性能比较表316Lmod470180中国ti．}4；ft,‘≯J：程±j刊在结构方面，根据用户实际使用工况和介质，尽量在设计中降低阀门与介质接触处的表面粗糙度值，减少阀门流阻，降低流速，减少对阀芯的冲刷，保证阀门有足够长的使用寿命。三、产品主要零件的设

6、计计算1．阀体壁厚的计算按ANSIB16．34关于壁厚的计算，公式为：r=1．5【klDN’PN／2S--1．2kl(PN)】(1)式中卜一阀体计算壁厚(未考虑附加余量)，单位为mm；DN——公称通径或IZl径，其口径不小于公称通径的90％，单位为l'lLrn；PN_一公称压力，单位为MPa；kl——壁厚系数，PN2．OMPa时，kt=1．3；PN≥5．0MPa时，kl=1．0；s——阀体材料的许用应力，单位为MPa，取118MPa。设计给定：DN=235mm(阀体中腔最大直径)，PN=32MPa(用

7、户工况)，kl=l，S=118MPa，计算得t=58．1mm，最终按仁-60nun选取。2．密封面密封比压的计算截止阀密封面密封比压计算公式为：q=QMz／丌(冉bm)b。(2)式中QM厂阀座密封面上总作用力，单位为N；卜密封面内径，单位为mm；扫。——密封面宽度，单位为衄。d、bm如图1所示。一一_～／'。图1密封计算尺寸石油／化I通用机械GM、GMjnPen'oleum＆ChemicafIndustryIQMz按下式计算：Q矿Q—QM『(3)Q耐一介质密封力，单位为N；QⅢ——阀座密封面上的介质力

8、，单位为N。锥面密封介质密封力(见图1)：Q庐丌(d+6。)ksin口(1+fJtan口)g眦(4)式中口——半锥角，单位为。；，。——锥形密封面摩擦因数，见阀门设计手册五=0．15。阀座密封面上的介质力：aⅢ=丌(舟k)劲(5)设计给定：d=165mm，p=32MPa，6。=9．3mm，口=30．5。。计算得：q=190MPa。查表密封面宽度bm=9．3ram时，【q]--40MPa。密封面材料的许用比压[q]=150MPa(注：此数据按奥氏体不锈钢)