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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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.
9、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
10、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
11、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
12、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
13、,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
14、 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
15、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2
16、m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