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,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（s）-抵抗发生塑性变形的能力，s越高则越不易发生塑性变形； 抗拉强度（b）-抵抗发生断裂的能力，b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 塑性指标有伸长率和断面收缩率，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。,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k k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。,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D 金属材料承受的交变应力小于D时，应力循环到无数次也不会发生疲劳断裂 当大于D时，材料在经过一定循环次数后，将发生疲劳断裂。,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0.6%） 按化学成分 低合金钢（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,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。,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,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,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,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,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 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。,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,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。,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,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,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。,装置操作条件复杂，环境温度2926，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 -20 0C T0 0C时采用16MnR，当设计温度 -40 0C T-20 0C时采用16MnDR，当设计温度T-70 0C 时采用不锈钢。浮阀材料采用0Cr18Ni9。,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。,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,石油化工管道,2011年12月，斋-吉天然气管线设施投用,储罐及工艺管网,按最高工作压力、最高工作温度、介质、管道材质等因素分类,低温管道：20 常温管道：20200 高温管道：200,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,阀门是LNG工厂管道系统的重要组成部件 主要功能是：接通和截断介质；防止介质倒流；调节介质压力、流量；分离、混合或分配介质；防上介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行等 阀门投资约占装置配管费用的4050 选用阀门主要从装置无故障操作和经济两方面考虑。,迅速接通和截断介质： -闸阀、蝶阀、球阀； 防止介质倒流： -止回阀； 调节介质压力、流量： -截止阀、调节阀； 分离、混合或分配介质： -旋塞阀、闸阀、调节阀； 防止介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行： -安全阀,输送流体的性质； 阀门的功能； 阀门的尺寸； 阀门的阻力损失； 阀门的工作温度和工作压力；（对可为两条） 阀门的材质。,阀门最适宜的安装高度为距离操作面12m上下，超过2m对于集中布置的阀组或操作频繁的单独阀门以及安全阀设置平台 从干管上引出的水平支管的切断阀，宜设在靠近根部的水平管段上； 升降式止回阀应安装在水平管道上，立式升降式止回阀应安装在管内介质自下而上流动的垂直管道上。旋启式止回阀应优先安装在水平管道上，也可安装在管内介质自下而上流动的垂直管道上； 地下管道的阀门应设在管沟内或阀井内，必要时，应设阀门延伸杆 消防水阀井应有明显的标志； 水平管道上的阀门，阀杆方向可按下列顺序确定：垂直向上；水平；向上倾斜45；向下倾斜45；不得垂直向下； 阀杆水平安装的明杆式阀门，当阀门开启时，阀杆不得影响通行,使用场所不同 高温阀、低温阀、高压阀和低压阀； 材料的不同 铸钢阀、铸铁阀,根据介质的性质、操作条件及对阀门的要求等因素确定 物料状态-物性、气/液比、挥发性、凝点、粘度、腐蚀性、毒性、易燃易爆性 操作