进口高压平板闸阀的主体选材及工艺控制，分析了含高硫化氢原料天然气的恶劣工况及腐蚀形式，给出了阀门的密封结构和功能设计方法。

随着天然气能源消费的持续增长，高含硫天然气清洁开采和净化已成为能源开发的主导方向之一。阀门在气田地面集输工程中，工作介质为原料天然气（酸气）、燃料气及酸气中含H2S为12.31％~17.05%、CO2为7.89%~10.53%、Cl-为28g/l~65g/l（参考值）及H2O等。根据气藏分类的规定，天然气藏的H2S浓度为2%~10%时属于高含硫气藏。

H2S是一种无色、有刺激性和强腐蚀性的剧毒气体。针对复杂恶劣的腐蚀环境，地面集输工程用平板闸阀应具有良好的抗高硫、高酸及密封性能，需保证介质不发生泄漏扩散，满足“零泄漏”要求；同时，阀门应具备足够的强度和耐腐蚀性能，满足在设计寿命期内连续、安全操作，满足工况运行要求。

 对于高H2S含量原料天然气，当介质温度为-35~60℃，压力等级 Class≥900时，低温高压酸气环境下，由于硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的裂纹扩展较快，容易引发重大安全事故。因此，高压平板闸阀主体选材及制造首先要解决抗硫化物应力开裂(SSC)和应力腐蚀开裂性能。其次，仍须考虑由于氢致开裂(HIC)、电化学失重腐蚀等导致的材质失效。其中，“SSC ”是指：介质中含H2S和水时，湿硫化氢环境中产生的氢原子渗透到钢的内部，固溶于晶格中，使钢的脆性增加，在外加拉应力或残余应力作用下形成的开裂，即硫化物应力腐蚀开裂。HIC是指介质中含H2S和水时，H2S与金属反应，产生电化学腐蚀时有氢的析出，形成含氢气的鼓泡及氢脆，氢诱发硫化物应力腐蚀的开裂，即氢致开裂。

在高含硫天然气工况下，高压平板闸阀的阀体、阀盖、闸板的主体材质应符合NACE MR0175/ISO15156等标准的规定[1]，即使采用在阀体壁厚基础上增加腐蚀余量的方法，但并不能解决抗高硫腐蚀问题，阀门具有抗高硫腐蚀性必须从正确的选材上解决。

对在高含硫天然气工况下集输工程用的高压平板闸阀，阀体和阀盖采用抗高硫的专门冶炼的优质特殊的抗高硫碳钢WCB、WCC、LCC或镍基合金Incoloy 825等。抗高硫高压平板闸阀阀体应为整体铸造或整体锻造结构。

抗高硫腐蚀用WCB、WCC、LCC的阀门主体材质必须采用电弧炉冶炼，精炼炉精炼的低碳、超低硫、低磷的细晶粒，全镇静纯净钢。冶炼、铸造时须对非金属夹杂物进行控制，使其铸件金相组织最小可能出现非金属夹杂物，钢中硫化物夹杂物必须球化，无明显柱状偏析和带状组织。用Si-Ca合金作脱氧材料，终脱氧用A1或加Ti变质处理。阀体用材质进行抗硫限定。高压平板闸阀材质保证锻件S≤0.008%，P≤0.015%；铸件S≤0.012%，P≤0.02%。阀体任何一处的硬度不超过 200HBW。铸件采用退火或正火+高温回火处理，锻件采用正火或正火+回火处理。对于高压平板闸阀阀体铸件原材料满足抗高硫腐蚀并通过SSC（标准及模拟工况）和HIC（标准）抗硫评定试验。因此，抗硫钢电弧炉冶炼工艺和超低硫高纯净钢的内控标准，其化学成分要求更加严格。其中，S是增加抗高硫钢的热裂纹的关键元素，S又与钢中Mn反应后生成带状分布的MnS夹杂，会增加氢致开裂(HIC)的敏感性。所以其Ｓ含量必须要控制在超低硫范围内。同时，C是增加抗高硫钢的强度和硬度并增大钢的裂纹倾向的关键元素，因此将其控制在企业内控的标准范围内。

抗高硫腐蚀用Incoloy 825的阀门主体材质采用真空冶炼或其他可替代的工艺＋电渣重熔工艺，生产过程对其夹杂物的成型进行控制，使其最小可能的出现非金属夹杂物，并采用电磁搅拌防止出现偏析。阀体锻件的有效锻造比不小于３，保证成品锻件具有均匀的锻造组织。研究表明[2]，Incoloy 825合金阀门具有优良的抗硫化氢及抗氯离子的腐蚀作用，可广泛应用于高硫天然气开采的集输工程上。镍基合金采用固溶处理，Incoloy 825镍基合金材质零部件需专用夹具和刀具进行加工，且在加工制造和包装运输过程中不能直接与Fe基金属和Cu直接接触，避免金属污染。

抗高硫天然气集输工程专用高压平板闸阀的设计制造执行API6D标准[3]，介质流向无限制，其结构设计关键在于保证零泄漏的密封性，实现阀门自清洗、中腔自泄压及防火防静电等功能（图１）。

                   图１进口高压平板闸阀
3.1 闸板结构
阀门采用平行单闸板金属密封结构，闸板表面喷焊硬质合金，保证合理的厚度。通常招标规定的闸板喷涂碳化钨，厚度小于0.2ｍｍ是不可行的，因为喷涂层厚度太薄将导致密封面容易磨损，不耐介质腐蚀冲刷。平行单闸板带导流孔结构，采用带有自清洗功能的操作方式。闸板上提时平板闸阀关闭，闸板下降时平板闸阀开启。这种操作可以使介质中附着在闸板流道孔上和平面上的脏物在平板闸阀开启过程中，脏物被介质流带走，而不会大量掉入阀腔里。同时，避免了介质中单质硫的沉积带来堵塞和腐蚀。
3.2 阀座结构
阀座密封面采用堆焊硬质合金，与闸板密封面保持吻合，保证合理的厚度。阀座结构设计灵活多变，可具有不同密封特点。当阀座采用活塞浮动结构时，阀体与阀座之间采用Ｏ形圈与楔形密封圈的双重密封结构，保证杂质不能进入阀座后面。同时，楔形密封圈的使用拓展了弹性阀座在高温高压区域的适用范围。阀座后带弹簧或碟簧结构，一般情况下，DN＜50阀座采用碟簧，DN≥50阀座采用弹簧。抗硫阀阀座不加设注脂口，这种结构具有自泄压功能。当中腔压力较高时，在中腔介质作用下，会将进口端浮动阀座压回阀座槽方向压缩弹簧，中腔泄压，保持阀腔压力与进口端管道压力平衡。浮动阀座的密封可实现双截断与泄放功能(DBB)。当阀座采用非活塞固定结构时，阀体与阀座之间采用Ｏ形圈密封。在介质作用下，闸板压紧阀座形成密封比压，压力越高则密封性能越好，此结构要求闸板和阀座密封面加工精度较高，属于单面强制密封。相比较而言，固定阀座比弹性阀座结构简单，机加工艺简化，但不适合抗高硫天然气集输工程用的高压平板闸阀。
3.3  中腔内压自密封结构
对于Class≥900平板闸阀采用压力自紧式密封阀盖，密封独特，设计为金属密封圈。当密封圈承压时，随着上下压差的增大，密封圈在挤压过程中发生弹性变形从而达到可靠密封。密封圈可重复使用，经常与密封圈接触的阀体中腔内壁堆焊硬质耐蚀合金，增加中口密封性能。
3.4  阀杆密封设计
在介质压力作用下拆开阀杆填料密封圈时，其结构应保证阀杆不脱出。阀杆提升至最高时，填料箱下端锥形密封面与阀杆上锥形密封面贴合，形成上密封结构。
阀杆的密封采用金属丝＋柔性石墨编织填料和柔性石墨成型环搭配放置于填料函中，金属丝采用Incone1718，适用于酸气环境，满足抗硫冲蚀，保证强度要求，填料中间设置填料隔环带密封圈。自紧密封的填料[4]能形成有效的三重密封结构，保证介质零泄漏的要求。
3.5  防火防静电
阀门两侧法兰设置接地螺塞及闸板与阀杆之间的导电弹簧，使阀体、闸板、支架、阀盖与阀杆形成连续电路，达到防静电效果。防静电电路的电阻值不超过10Ω。
阀门必须按API 6FA标准对各压力等级、公称尺寸全范围的覆盖，并进行实物阀门的防火测试，该类阀门生产企业应有防火测试合格证书。
3.6  阀门保护功能
平板闸阀采用全通径结构，阀门全启时，介质通过阀门的压力损失极小。阀体下端设排污阀，排污阀可为丝堵式排污阀，需考虑介质对螺纹连接的腐蚀破坏并采取防护措施。公称尺寸稍大的排污阀，可以采用与阀体整体铸造或锻造出来的法兰连接排污阀，从而消除采用丝堵排污的弊端。外露阀杆设有良好的防护套，防止外物进入阀杆密封处。阀门在防尘罩或支架上设有阀位指示器，方便操作时观察阀门开关位置。在阀门内设置可活动式限位装置，根据使用要求阀门与操作装置间可设有锁紧装置，锁定阀门的开启或关闭装置。公称尺寸DN≥100的平板闸阀安装吊耳和支撑，便于阀门维修、更换、运输或安装过程中用机械吊装[5] 。
3.7  阀门试验规定
阀门的试验和检验执行API6D的规定，金属硬密封平板闸阀的泄漏等级满足ISO 15848-2的Ｂ级规定，且抗高硫平板闸阀阀杆密封进行微泄漏检验，满足ISO 15848-2的Ｂ级泄漏要求。
04 结语
抗高硫高酸专用高压平板闸阀，具有密封性能良好、开启扭矩小、流阻系数小、流量大、便于通清管器和使用寿命长的功能，并具有启闭灵活、操作省力等优点。根据工程的需要，该阀门有手动、伞齿轮传动、防爆电动等传动方式。该阀门可广泛地用于高含硫油品及天然气的开采和集输、石油和天然气的输送管线等工况，作为控制介质流通和截止的可靠装置。