高含硫化氫氣田自控閥門選型設計

王志強

(中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257026)

根據相關的石油天然氣行業標準[1]，高含硫化氫氣田通常是指硫化氫體積分數不小于5%的天然氣氣田。硫化氫不僅是一種劇毒氣體，而且對金屬材料具有很強的腐蝕性。用于高含硫化氫氣田的自控閥門，接液材質必須滿足美國防腐蝕工程師協會(NACE)的標準[2]以及中國的相關標準[3]，可以有效防止硫化物應力開裂(SSC)、應力腐蝕開裂(SCC)以及氫致開裂(HIC)等。某大型海相氣田，采用濕氣輸送工藝，天然氣中硫化氫的體積分數高達12%～17%，氣田采出水中氯離子質量濃度達到4×10-2kg/L,這對自控閥門的選型、結構設計和材料選擇提出了很高的要求。下文對高含硫化氫氣田的自控球閥、自力液壓閘板閥的選型設計分別進行介紹。

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1　自控球閥

該海相高含硫化氫氣田集氣站場的進出站閥門和流程切換閥門采用氣動球閥，氣源沒有采用壓縮空氣，而是參照加拿大的做法，采用凈化廠返輸回來的凈化天然氣。氣動執行機構的應用相對比較成熟，在此不做贅述，文中主要對球閥的選型設計進行探討。

1.1　閥門的材料

閥門的材料應符合NACE規范的要求，閥體采用鍛鋼或鑄鋼，對鋼材的化學成分進行抗硫限定，并保證其硬度不大于HRC22。對于自控的緊急關斷閥來說，增強閥門的防腐蝕性能，保證其功能性和使用壽命是非常重要的，所以對閥內件的外表面以及閥體的內表面等直接接觸硫化氫氣體的部件，采用鎳基合金堆焊處理。鎳基合金是指以金屬鎳為基礎，加入鉻、鐵等其他金屬做成的合金，該合金的特點是耐硫化氫和氯離子的腐蝕能力很強，但價格昂貴。

為了讓高校信息服務平臺的穩定性和服務性能得到提升，需要把服務器接入網絡。詳細地說，就是把服務器進行虛擬化，然后通過服務器之間的牽引作用，得到高速的網絡支持。然后，使用雙鏈路的冗余效果把物理的服務器和硬件存儲，為了防止他們之間的傳輸故障，致使整個服務器癱瘓。最后，為了防止服務器在高峰期對信息數據中心的壓力，在虛擬化之前要對用戶所需資源的帶寬進行分析，然后通過虛擬化網絡資源設計，保障平臺的原型，讓平臺可以穩定發揮其有效的功能[3]。

對于大口徑的閥門，采用鎳基合金堆焊方式從經濟上考慮是合理的；但對于DN150以下的小口徑閥門，需要對碳鋼+堆焊、整體采用鎳基合金這兩種方案做經濟對比，因為堆焊工藝的難度大、工期長，價格不菲，所以小口徑的閥門采用整體鎳基合金的方案可能更經濟。

1.2　閥門的結構形式

4) 通過電磁閥和限位開關可以實現閥門的遠控與閥位的顯示。

圖1　球閥的結構示意

1)實時錄制：當點擊打開攝像頭的時候就會進行視頻文件格式的操作，選擇視頻保存的文件格式進行視頻文件的錄入，在實時監控的過程中如果出現火點，顯示區域中會將出現的火點標記出來，并且在二值化區域顯示出二值化圖像，再有火點的時候該系統會向用戶提出警示發出報警聲。

高含硫化氫氣田自控閥門的選型主要考慮減少潛在的泄漏點，從設計上減小硫化氫泄漏的可能性[4]。僅從泄漏點少這個角度考慮，采用焊接式球閥比較好，但焊接式球閥做內部整體堆焊處理很難實現；而三片式球閥泄漏點太多，所以該海相氣田采用了頂裝式球閥做內部堆焊鎳基合金處理的方案。

花垣—張家界斷裂?；ㄔ獜埣医鐢嗔褞ё郧瓥|松桃經重慶秀山入湘，過本區茶洞、花垣、保靖、永順、張家界向東延出區外入洞庭盆地。為礦區北部之邊界，主要由6條大致平行的NE向斷層組成，即F1、F1-1、F1-2、F1-3、F1-4、F1-5，其中F1為主斷層，具多期次活動特點，傾向305°～335°，傾角65°～75°，北西盤下降，垂直斷距500 m以上，水平斷距6.5 km。為長期活動的區域性大斷裂。自花垣—張家界一帶多個大型金屬礦床均分布其兩側，具區域性導礦特點。

1.3　密封型式

閥門的密封是保證閥門不內漏和外漏的措施，所以密封型式和材料的選擇至關重要。常用的非金屬密封材料有橡膠、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)等。采用橡膠密封時應注意： 由于橡膠材料結構比較疏松，應用于高壓氣體介質時，高壓氣體會進入橡膠內部，一旦出現泄壓工況，在壓力突然降低時，高壓氣體會迅速泄出，同時撕裂和破壞橡膠密封材料。所以彈性密封材料，特別是橡膠材料，如果應用壓力不小于10 MPa時，應優先選用PTFE或PEEK做密封材料，選用橡膠時應采用抗爆橡膠。

1.3.1閥桿密封

自力液壓執行機構不需要動力源，通過手搖泵驅動液壓油壓縮彈簧，使得閥門保持在開啟或關閉狀態。一旦檢測到管線內的壓力超高或超低，自力液壓執行機構就會自動關閉或開啟閥門，從而避免事故的發生。

閥桿密封采用石墨密封和多層唇式密封(Lip-seal)組成。石墨密封的主要作用是防火，使得閥門在火災工況仍然可以保持一定的密封性能；唇式密封的典型結構剖面圖如圖2所示。

圖2　唇式密封剖面示意

唇式密封的U型開口朝向介質壓力的方向，在壓力的作用下唇式密封的開口向兩側張開，緊貼兩側的密封面，壓力越高，密封效果越好。由于唇式密封的這個特點，在高壓閥門的密封處有大量的應用。對于高含硫化氫氣田，閥門的外漏必須嚴格控制，要求閥桿密封應達到ISO 15848《工業閥門： 低泄漏測量、試驗及資格認定程序》[5]要求的B級，即泄漏量應不大于100 mL/m3。

1.3.2閥座密封

1.3.1 開放式測量法 將一次性輸液管置于標尺內，并固定在輸液架上，接上三通，連接管內充滿液體，排凈空氣，一端與輸液器連接，另一端連接中心靜脈導管，標尺零點對準腋中線第四肋問，相當于右心房水平，測壓時先將液體充滿測壓管，管內液面的高度應比預計中心靜脈壓水平高約25 cm，而后轉動三通，使測壓管與中心靜脈導管相通，使液面自然下降，當液面下降到有輕微波動而不再下降時的刻度即為中心靜脈壓。

1) 閥座與閥體的密封。根據API管道閥門規范，球閥的閥座密封型式分為DIB-1和DIB-2，DIB-1是指閥門的上下游都提供壓力自緊式閥座密封，并且可以實現雙向密封；DIB-2是指閥門的上下游都提供壓力自緊式閥座密封，其中1個閥座為雙向密封，另1個閥座為單向密封。圖3a)為單向密封，它的唇式密封開口向右，所以對右側來的壓力可以實現密封，但對左側來的壓力無法實現密封；圖3b)為雙向密封，采用了背靠背的2套唇式密封，所以對左側和右側來的壓力均可以實現密封。

2) 閥座的雙活塞與自泄壓效應。球閥在全開或全關狀態時，閥座和閥球都會緊密貼合，管道輸送介質會在閥腔內留存。當外界環境溫度升高時，閥腔內的介質體積膨脹，會造成閥腔內壓力升高，有可能損壞閥門，所以閥門應配置自動泄壓的裝置。對于高含硫氣田，如果采用外部泄壓裝置，由于安全和環保的要求，必須配置相應的放空管線，接入工藝放空系統。

圖3　閥座與閥體之間的密封示意

2) 操作介質為自帶液壓油，液壓控制系統與生產介質不發生直接接觸，可避免發生介質腐蝕。

3) 閥座與閥球的密封。高含硫氣田的天然氣介質中含有沙粒等較硬的雜質，所以閥座與閥球間的密封采用金屬對金屬硬密封，避免雜質對軟密封的損傷。金屬密封面采用碳化鎢噴涂或者硬質合金堆焊處理，提高了表面硬度，增強了耐磨性能。要求閥座的密封泄漏等級不低于ISO 5208《工業閥門-金屬閥門的壓力測試》規定的B級。

2　自控閘閥

高含硫化氫氣田集氣站場的放空管線采用自力液壓閘板閥作為緊急放空閥。自力液壓執行機構通過手動泵打壓為蓄能器充壓，通過遠控電磁閥實現閥門的緊急開啟。

2.1　閥門的材料

閥門的材料應符合NACE規范的要求，閥體采用鍛鋼，對鋼材的化學成分進行抗硫限定，并保證其硬度不大于HRC22。與球閥類似，閘板的外表面以及閥體的內表面等直接接觸硫化氫氣體的部件，采用鎳基合金堆焊處理。在閥座和閘板的密封面處采用碳化鎢噴涂工藝進行表面硬化處理，提高了密封面的耐磨性能。

2.2　閥門的結構型式

為了保證閥門密封的嚴密性以及適合放空操作，選擇帶導流孔的平板閘閥，其內部結構如圖4所示。

5) 緊急切斷閥和緊急放空閥應選用故障安全型的執行機構，比如氣動單作用執行機構、自力液壓執行機構等，通過彈簧的復位實現閥門的動作，保證在事故狀態下可以安全可靠地觸發閥門動作。

雜散電流腐蝕防護主要由參比電極、接線盒、引出端子、電纜、排流柜、雜散電流監測裝置等設備組成。這些設備的性能、功能設置的優劣將直接影響雜散電流腐蝕防護工程功能及作用的發揮。

圖4　帶導流孔的平板閘閥結構示意

2.3　閥門的密封型式

閥桿的密封型式與球閥類似，采用唇式密封和石墨密封。閥座與閘板的密封采用金屬對金屬硬密封，閥座與閥體之間采用唇式密封。由于閘閥的密封是靠上游介質的壓力將閘板壓向下游閥座來實現的，不像球閥那樣設有彈簧提供主動密封，所以閘閥的閥腔是與上游連通的，不需要考慮閥腔的壓力泄放問題。

2.4　自力液壓執行機構

江淮瑞風M6車配備的電動滑門系統具有電動開閉功能、防夾功能、手動/電動切換功能、電動機堵轉保護功能及開/關門過快保護功能。

數學閱讀不像文學閱讀，有故事性與趣味性，很多學生在閱讀時缺乏耐心，缺乏克服困難的勇氣，導致閱讀能力不高。

2.4.1工作原理

自力液壓執行機構的工作原理如圖5所示。圖中除閥門和工藝管線外均為自力液壓執行機構的組成部分，主要包括液壓油儲罐、手泵模塊、壓力表、蓄能器、手動復位閥、泄壓閥、易熔塞、液壓缸和彈簧缸等。電磁閥和壓力先導閥為選配，可根據需要任選其一或兩者都選。

三片式球閥生產工藝相對簡單，價格經濟，但閥體通過螺栓連接，潛在泄漏點較多；頂裝式球閥可以在線取出閥座和閥球進行維修和更換，不需要將整個閥體從管線上拆卸下來，維修方便；焊接式球閥采用焊接式連接，比較可靠，但閥座和閥球的維修困難。

2.4.2主要特點

1) 執行機構通過先導閥檢測管線的壓力，管線的壓力過高或過低，會觸發執行機構動作。整個執行機構自成系統，不需要管線壓力作為動力源，也不需要電源、氣源等，適用于缺乏動力源的偏遠地區。

【案例5】在雙曲線的標準方程中，設計捕魚達人中獎程序，讓學生將焦點在x軸的雙曲線和焦點在y軸的雙曲線所對應的性質寫在卡通小魚下面，讓學生捕捉小魚到正確的漁網中，這樣的演練使學生蠢蠢欲動，躍躍欲試。

與采用外部泄壓裝置相比，采用DIB-2的密封型式進行內部泄壓比較方便?？梢詫⑶蜷y的上游側閥座設計成單向密封，且唇式密封的開口朝向上游，下游側閥座設計成雙向密封。這樣球閥對于上下游來的壓力均可以實現密封，同時當閥腔內的壓力超高時，可以通過上游的單向密封閥座將壓力向上游泄放。

3) 采用易熔塞，在火災發生時，可以自動觸發閥門的緊急動作。

按照結構形式，球閥通常分為三片式球閥、頂裝球閥和焊接式球閥等。三片式球閥也叫分體式球閥，閥體由上、下游法蘭和中腔通過螺栓組裝而成；頂裝式球閥的閥體由下閥體和上閥蓋組成，閥球和閥座可以從上閥蓋處取出；焊接式球閥的閥體通過焊接的方式成為一個整體，如圖1所示。

圖5　自力液壓執行機構的工作原理示意

3　結束語

高含硫化氫氣田自控閥門的選型設計，主要需要考慮以下幾個方面：

2017年，新版《患者十大安全目標》出爐之際，南大一附院其實已在很多方面走在前列：危急值信息平臺搭建、PDA患者身份識別、院感監測系統、輸血管理平臺、不良事件上報系統，以及陽光醫藥監察平臺等已趨成熟或已搭建完成。

1) 天然氣中硫化氫和二氧化碳的腐蝕性，要求閥門的接液材質必須符合NACE規范的要求。

2) 硫化氫的劇毒性，要求閥門的結構型式應盡量減少閥體的外部連接，減少潛在的泄漏點。

3) 應重點考慮閥門的密封，包括閥桿密封、閥座密封、閥蓋密封等，選擇合適的密封型式和密封材料，避免發生泄漏事故。

基于以上結論，得到以下幾點政策建議：一，加大對農民培訓力度，提高農戶文化水平及技術素質，適應市場變化，促進土地流轉。二，政策在宣傳推進過程中要尊重農民，保障農民的各項權益。三，大力發展第二三產業，增強其吸收農村剩余勞動力能力，鼓勵農民創業或進城務工，提高農民收入。

4) 由于氣田采出氣未經凈化過濾處理，天然氣中含有沙粒、硫磺等雜質，所以閥門的結構設計需要考慮耐臟污性，避免雜質損傷密封面或進入密封部件或彈簧中影響密封效果。

這種型式的閘閥是在表面非常光滑平整的閘板上開1個與管道內徑相同尺寸的孔，閥座與閘板之間緊密貼合，在上游介質壓力的作用下，實現閥門的密封。根據閘板上開孔位置的不同，分為正向閘板閥和反向閘板閥兩種類型，圖4為反向閘板閥，其開孔位置在閘板的上部。反向閘板閥的特點是閘板向下運動時閥門開啟，如果導流孔內含有雜質，隨著閥門的開啟，雜質會被沖到下游，具有自清潔的功能。閥門在關閉狀態時，閥桿的根部與閥蓋之間有密封面，這種閥桿的倒密封可以輔助閥桿填料密封，防止閥桿處產生泄漏。

Application of big bolting combined with anti slide pile in bedding slope support SHU Hai-ming YU Bang-jiang(88)

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