工艺管道、阀门基础知识培训

吉木乃广汇液化天然气工厂培训课件-9二○一一年十月三十一日工艺管道、阀门基础知识培训课程内容一、常用材料基础知识二、工艺管道基础知识三、阀门基础知识材料是构成LNG工厂工艺管道、设备的物质基础，正确使用材料极其重要高温、高压、低温、易燃、易爆、腐蚀性操作条件，要求设备、管道、阀门：①连续运转的安全可靠性②足够的机械强度③优良的耐腐蚀性能④密封性好⑤高效率和低能耗合理选用材料，可保证设备正常安全运行，完成生产计划，节约材料和投资，延长设备使用寿命与检修周期。一、常用材料基础知识常用材料性能工艺性能（制造）-材料制造中的特性铸造、锻造、焊接和切削加工性能材料制造性能的好坏直接影响制造成本使用性能-使用过程中的特性物理、化学和力学性物理性能是材料所固有的属性，包括密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性等化学性能是指材料抵抗各种化学介质作用的能力，包括高温抗氧化性、耐腐蚀性等。力学性能：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力，破坏对应有两种情况发生较大的塑性变形，在外力去除后不能恢复到原来的形状和尺寸发生断裂强度指标：屈服点（σs）-抵抗发生塑性变形的能力，σs越高则越不易发生塑性变形；抗拉强度（σb）-抵抗发生断裂的能力，σb越高则越不易发生断裂塑性：材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力发生较大的塑性变形而不破坏则称材料的塑性好塑性指标有伸长率δ和断面收缩率ψ，值越大，塑性越好对加工和使用意义重要低碳钢塑性较好，可进行压力加工普通铸铁塑性差，不能进行压力加工，能进行铸造材料具有一定的塑性，不致因超载而突然破断，增加使用安全可靠性。常用材料性能-力学性能硬度-金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力硬度试验指标-有布氏硬度和洛氏硬度布氏硬度用HB表示，当压头为钢球时表示为HBS，当压头为硬质合金球时表示为HBW；洛氏硬度用HRA、HRB或HRC表示，常用HRC。冲击韧性-以很快的速度作用于工件上的载荷称为冲击载荷材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性冲击韧性指标-冲击韧性值σkσk越大，材料的冲击韧性越好，材料越抗冲击冲击韧性随温度的降低而减小，低于某一温度冲击韧性发生剧降，材料呈现脆性，该温度称为脆性转变温度对于低温工作的设备来说，其选材应注意韧性是否足够。材料常用性能-力学性能疲劳-许多机械零件，如轴、齿轮、弹簧受到大小不同和方向变化的交变载荷作用，材料在应力小于其强度极限下，经一定循环次数后，无显著外观变形却会发生断裂疲劳断裂不产生明显的塑性变形，突然发生，具有很大的危险性，造成严重事故材料抵抗疲劳能力的指标-疲劳极限σD金属材料承受的交变应力σ小于σD时，应力循环到无数次也不会发生疲劳断裂当σ大于σD时，材料在经过一定循环次数后，将发生疲劳断裂。材料常用性能-力学性能金属材料由金属元素或以金属元素为主形成的、具有金属特性的物质称为金属材料铁和以铁为基的合金（黑色金属），如钢、铸铁和铁合金非铁合金（有色金属），如铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金钢分为非合金钢（碳钢）、低合金钢和合金钢都是铁和碳为主的合金含碳量＜2.11%的称为钢大于2.11%的称为铸铁根据钢中是否添加合金元素，把钢分为碳素钢和合金钢两种。碳钢占全部结构、零件和工具材料90%左右，合金钢仅占10%低碳钢（含碳量0.25%）碳素钢中碳钢（含碳量0.25%~0.6%）高碳钢（含碳量0.6%）按化学成分低合金钢（合金元素含量5%）合金钢中合金钢（合金元素含量5~10%）高合金钢（合金元素含量10%）普通钢按质量分类优质钢高级优质钢建筑钢碳素结构钢结构钢按用途分类合金结构钢弹簧钢轴承钢工具钢特殊性能钢（如不锈钢、耐热钢等）有色金属：纯铜（紫铜）铜锌合金（黄铜）铜锡合金（锡青铜）无锡青铜（铝青铜）铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金铅、锡及合金锌及合金镍、钴及合金铜及其合金轻金属及合金其他有色金属及合金按合金成分碳素钢-碳钢，牌号用二位数字表示，数字表示钢中的平均含碳量的万分之几。如含碳量0.20%的优质碳素钢表示为20＃钢。根据钢中含锰量的不同，分为普通含锰钢和高锰钢，如16Mn(或16锰）钢的碳含量相对较低，性质是强而韧，铸铁碳含量高，性质是硬而脆金属材料-碳钢普通碳钢牌号以“Q”加三位数字表示，如Q215、Q235“Q”代表结构钢屈服点“屈”字的汉语拼音的首位字母，后面的三位数字表示该钢种在厚度小于16mm时的最低屈服点钢的牌号尾部可用A、B、C、D表示钢的质量等级A级为普通级，B、C、D表示硫、磷含量较低的优等级别。D级质量最高，A级质量最低。普通碳钢牌号牌号的最后面可用符号标志其冶炼时的脱氧程度，如对未完全脱氧的沸腾钢标以符号“F”沸腾钢指钢在冶炼末期，仅用脱氧剂脱氧，钢液中留有FeO,在浇筑和凝固时，钢液中不断析出CO，产生类似沸腾的现象FeO+C=Fe+CO对完全脱氧的镇静钢标以符号“Z”或不标符号半镇静钢标以“b”特别镇静钢符号“TZ”如Q235-B表示最低屈服点235MPa的B级碳素钢（镇静钢）；Q215-A.F表示最低屈服点215MPa的普通等级碳素结构钢（沸腾钢）沸腾钢成本很低，机械性能比镇静钢差普通碳钢性能和应用Q235属于低碳钢，用途最广其塑性、韧性优良，通常热轧成钢板、型钢、钢管、钢筋Q235-A钢有良好的加工工艺性能，板材常用来焊制常温低压容器外壳，棒料常用来制作螺栓、螺母和支架等优质碳钢牌号仅用两位数字来表示，钢中平均含碳量的万分之几如20钢的平均含碳量为0.20%，即万分之20。对每一个钢号，国家标准都规定了化学成分范围和应达到的机械性能指标钢号按顺序有：08、10、15、20、25、30、35、40、45、50等专门用途的钢材锅炉用钢和压力容器用钢在钢号末尾分别表上“g”或“R”字样需进行机械性能特殊项目的检验制造锅炉用的碳钢，牌号有20g、22g制造压力容器用的碳钢有20R等。优质碳钢性能和应用优质碳钢同时保证钢材的化学成分和机械性能有害元素S、P杂质较少冶炼工艺比较严格，质量高，成本贵低碳钢含碳量低于0.25%，钢号有08、10、15、20、25刚强度较低，弹塑性好，焊接性能良好有圆钢、板材、无缝钢管、锻件产品化工设备中常用作垫片包皮（08、10）换热器列管、设备接管（10、20）、法兰优质碳钢性能和应用中碳钢含碳量在0.30%~0.55%之间，钢号有30、35、40、45、50、55。强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不适合做设备的壳体圆钢、锻件产品35钢在化工设备上常用作管板，强度要求较高的螺栓、螺母等45钢常用做传动轴优质碳钢性能和应用高碳钢含碳量在0.6%以上，钢号有60、65、70、80。强度与硬度较高，60、65钢主要用来制造弹簧。70、80钢用来制造钢丝绳等铸铁性能和应用铸铁含碳量一般在2%以上，含有硫、磷和锰等杂质铸铁是一种脆性材料，不能锻造，铸造性能较好有优良的减震性、耐磨性和切削加工性生产工艺和熔化设备简单，生产成本低廉分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。铸铁性能和应用灰铸铁碳大部或全部以自由状态的片状石墨形式存在，断口呈灰色抗压强度较大，抗拉强度很低，冲击韧性很低不适于制造承受弯曲、拉伸、剪切和冲击载荷的条件可用来铸造承受压力，要求消震、耐磨的零件如支架、阀体、泵体、机座、管路附件铸铁性能和应用球墨铸铁在浇筑前往铁水中加入少量球化剂（Mg、Ca和稀土元素）和石墨化剂（硅铁或硅钙合金），以促进碳以球状石墨结晶存在球墨铸铁在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁球墨铸铁兼有普通铸铁及钢的优点目前已成为一种很有前途的新型结构材料合金钢-钢中加入的合金元素最有：铬(Cr）、镍(Ni）、钼(Mo）、硅(Si）、锰(Mn）、钨(W）、铝(Al）铬提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性，含量超过13％时，钢的耐腐蚀能力显著提高镍耐腐蚀性和低温冲击韧性，良好的塑性和韧性。锰提高钢的强度以及低温冲击韧性铝细化晶粒、提高钢的冲击韧性、抗氧化性、耐热性、抗H2S腐蚀性，降低冷脆性。价格便宜钼提高钢的高温强度、硬度等钛提高强度、细化晶粒，提高韧性，在不锈钢中起稳定碳的作用，减少铬与碳化合的机会，防止晶间腐蚀，还可提高耐热性。金属材料-合金钢合金钢牌号采用“数字＋元素符号＋数字”表示前面的数字表示钢中的含碳量，后面的数字表示合金元素含量的百分之几凡合金元素少于1.5％时，钢号中仅标明元素符号，含量不予标注合金钢性能和应用常用铬不锈钢和铬镍不锈钢铬不锈钢1Cr13用于制作含硫石油及加氢设备的内件、离心泵叶轮、壳体；2Cr13用于制作承受高应力的零件，如高压透平零件、阀件、离心泵主轴和高压阀等合金钢性能和应用铬镍不锈钢也是一种超低温材料，对含Cr18％、镍（Ni）8％的不锈钢，其屈服强度和抗拉强度都随温度的下降而上升不会因温度下降而由塑性向脆性转变，即使在绝对零度附近也不失其延伸性和韧性低温下具有良好的塑性和韧性，完全能满足LNG工厂低温区设备、管道、阀门制造需求价格过于昂贵在ASME规范中，推荐使用的低温钢主要是无镍、有镍（5%Ni,8%Ni,9%Ni）、不锈钢及铝合金无镍低温钢的使用温度在－60℃以上，有镍低温钢、不锈钢和铝合金的使用温度可达到－196℃以下。工厂材料应用条件装置操作条件复杂，环境温度－29℃～26℃，极端最低温度-38.8℃，最高压力6.0MPa.A，最高温度为260℃，最低温度为－162℃MDEA有一定毒性和腐蚀性，配管和设备的材料选择要考虑到低环境温度工况和介质的特殊性超低温设备和材料是目前国内供应尚存在一定困难和差距，装置中关键设备进行了引进MRC压缩机、BOG压缩机、冷箱（塔）、低温泵及LNG贮罐的低温材料。大部分设备、材料立足于国内供应设计温度-200C≤T＜00C时采用16MnR，当设计温度-400C≤T＜-200C时采用16MnDR，当设计温度T＜-700C时采用不锈钢。浮阀材料采用0Cr18Ni9。工厂材料应用条件配管、钢结构、钢平台、梯子等材料，除工艺操作条件外，尚需按构件应力考虑环境温度的影响极端最低气温-38.8℃，低于鄯善工厂-28.7℃，在结构件材料选材上比鄯善工厂苛刻，投资费用增加，采购困难增加原料气组分含0.57mole%的氧气，如在工厂进行脱，将提高设备材料的要求、增加工艺附加措施。容器类型国内订货国外订货台数金属质量（吨）台数金属质量（吨）总质量净重其中合金钢或有色金属净重总质量净重其中合金钢或有色金属净重材料质量材料质量塔器3147不锈钢7管式换热器781.2不锈钢51板式换热器12.6不锈钢0.3容器21350.6不锈钢32冷塔23Y013100铝合金分离器等416*2)空冷器8661不锈钢LNG贮罐11304不锈钢33.29%Ni*3)合计482578.4不锈钢77.5工厂材料应用条件课程内容一、常用材料基础知识二、工艺管道基础知识三、阀门基础知识150万方/天的吉木乃广汇LNG工厂工艺管道总长60000m。二、工艺管道LNG工厂除了多种设备之外，还有各种管道，输送各种介质无论其数量，尺寸与形式如何，都由管子、管件，阀门、支吊架、仪表及其它附件所组成按生产工艺要求，把机械设备、工艺设备以及仪表等连接起来管道的费用占全部装置投资的30%以上石油化工管道工艺管道-概述2011年12月，斋-吉天然气管线设施投用储罐及工艺管网物料管道输送原料，半成品，成品或废料的管道生产中的主要管道辅助管道输送辅助介质的管道加热用的热油管道，精制水管道，氮气和仪表空气管道等管道的分类-生产功能按最高工作压力、最高工作温度、介质、管道材质等因素分类材料工作温度℃最高工作压力，Mpa第Ⅰ类第Ⅱ类第Ⅲ类第Ⅳ类第Ⅴ类碳素钢≤370≥32≥10～32≥4～10≥1.6～4＜1.6