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详细说明适用于尿素应用的恶劣应用阀门

由Don Bowers,Conval和Jennifer Jones,Armor Valke Ltd. |

为了承受在尿素农业应用和其他恶劣服务过程中遇到的恶劣条件和潜在的安全风险,必须特别考虑阀门的结构、性能和安装

严重的服务阀(SSV)是专门设计和制造的,用于关键应用,其中阀门衰竭的潜在后果包括对寿命,工厂操作和财产的严重和昂贵的风险。SSV通常暴露于相对较高的压力和温度,以及腐蚀性或致死培养基。

图1. UREA制造要求所有设备,包括阀门,都能够处理严重的条件和暴露于恶劣的媒体

SSV的显着化学工业应用是尿素的生产(图1)。在全球范围内,超过90%的产生的尿素被用作农业的经济形式的氮肥(图2)。随着世界估计人口80亿人口,增长,全球对食物需求,因此肥料,对经济循环具有强大和抗性。根据专家市场研究(EMR),2020年的全球尿素市场是1878万公吨。到2026年,预计该数字将增长12.61%,达到2115万吨。

图2.颗粒状尿素肥料广泛用于全球各地,他们的需求预计未来五年内会产生大幅增长

尿素的另一种申请是柴油发动机的空气污染减少,在高温下运行并产生高浓度的一氧化氮。尿素罐现在是许多新的柴油车,公共汽车和汽车的标准设备。

尿素合成

尿素由氨和二氧化碳的反应产生,通常在高压(140巴; 2,031psi)和温度(183°C; 362°F)中产生。有不同的过程已开发为合成尿素。其中一个涉及尿素反应器,汽提汽提示器,高压氨基甲酸酯冷凝器和高压废气洗涤器(图3)。在反应堆,CO2和nh.3.部分转化为尿素和水。剥离器将残留的CO分开2从北半球3.,经高压氨基甲酸酯冷凝器进一步处理。洗涤器分离剩余的惰性气体,如氧气和氮气。注意中间产物氨基甲酸铵具有很强的腐蚀性。

图3。典型的尿素合成过程包括氨和二氧化碳的反应,然后是一个汽提步骤,氨基甲酸酯冷凝器和洗涤

严酷的冶金

当指定用于尿素应用的恶劣应用阀门时,最重要的是要了解所需冶金的独特性。当氧含量保持在最低时,这些工艺通常效果最好,但许多合金需要氧的存在,以形成和保持耐腐蚀表面。多年来,由于合金在氧气浓度越来越低的条件下能够在这些过程中发挥作用,尿素工业选择了这种合金。早期,奥氏体不锈钢合金,如316L-尿素级(316L- ug或UNS S31603)、316L LN (UNS S31653或EN 1.4429)和25-22-2 (UNS S31050)的使用都取得了不同程度的成功。然而,随着更低水平的工艺氧气变得更加重要,双相(DSS)和超级双相(SDSS)不锈钢被引入,它允许几乎零氧存在,同时提供更大的强度。根据设备的年限、工艺条件和特定工艺的许可方的不同,合金的选择可能会有所不同。对于提供尿素服务阀门的阀门制造商来说,严格遵守要求的严格合金标准是至关重要的。为了避免问题,最终用户最好清楚地识别和记录材料、采购和检验的要求。

国际钼协会(IMOA;伦敦,U.K。www.imoa.info)在DSS提供以下一些实际指导和有用的背景[1]:

  • DSS合金具有由铁素体和奥氏体不锈钢的晶粒组成的两相微观结构。图4显示了黄色奥氏体阶段,作为蓝色铁素体相包围的“岛屿”
  • 当DSS熔化时,它从液相凝固为完全铁素体组织
  • 随着双工材料冷却到室温,约一半的铁素体晶粒转化为奥氏体谷物('岛屿')。结果是大约50%奥氏体和50%铁氧体的微观结构

图4。这幅双相不锈钢的电子显微镜图像显示了奥氏体和铁素体晶粒的两相组织

由于它们的高强度(典型奥氏体或铁素体不锈钢的两倍),改善的耐腐蚀性和可焊性,DSS合金是尿素应用和其他严重服务过程中阀门的理想选择。这些合金足够强,可以处理1,500至2,500 psi范围内的压力。用于尿素服务的阀门必须促进自洗净流动,并提供沉淀剂堆积的腔体。由于它们的强度和耐腐蚀性,DSS和SDSS合金也用于管道和管道。

这些铬 - 镍 - 钼(Cr-Ni-Mo)合金含有高铬含量,以及不同的镍,钼,锰和其他合金元素添加剂。由ASTM International开发的Huey测试(ASTM A262,练习C)(West Conshohocken,PA。www.astm.org),广泛用于确认合金以承受尿素过程中存在的腐蚀类型的能力,铬 - 钼的比例是可能的Huey测试性能的合理(但不完美)预测。蚀性电阻等效数(PREN)是通常相对于腐蚀性蚀地温度(CPT)和腐蚀裂解温度(CCT)的另一种耐腐蚀性的措施,如通过漂白剂试验所测量的(ASTM A262,练习B)。撬通常随铬,钼和合金的氮含量增加。对于316L不锈钢,PREN为25.对于典型的DSS,PREN约为36.对于铬含量为25%等的SDS,普森可以超过40.最后,这些合金的铁氧体含量通常被控制,除了Huey测试之外,通常需要这种测试数据,用于尿素合金的认证材料测试报告。

DSS和SDSS合金的开发和制造非常昂贵(图5)。一个有用的类比将是定制药物。一些原始设备供应商到尿素厂拥有获得牌照和材料组织开发的定制合金的机会。用于制造尿素施用阀的其他用于制造的常见高合金是甲铁甲纤维利255,310moln,双链体F51,SAF 2507,超级双相F53,零100和钛。

图5.双工不锈钢(DSS)在铸造中创建。因为DSS是一种高性能的专业材料,所以生产的昂贵

工业界正在进行与提高SDSS合金性能有关的研究和开发活动。最近的产品创新包括:Safurex和Safurex Star等级(由stamiccarbon和山特维克开发);Uremium29(由Casale和Tubacex开发);DP28W(由东洋和住友开发)。

在大多数情况下,尿素服务阀的设计是独特地由工艺的要求和所涉及的化学品的行为驱动。然而,阀门应符合美国机械工程师协会(ASME)制定的B16.34标准;纽约,纽约;www.asme.org)以及国际orgnaization的所有其他适用的质量/工程标准,如:ASME;加拿大登记号码(CRN)认证;欧洲符合性(CE)认证;国际标准化组织(ISO);德国标准化研究所(DIN);和压力设备指令(PED)。

从生产角度来看,与其他合金相比,加工DSS和SDSS在饲料和速度方面需要更多时间。这些合金可以焊接,但它们需要密切关注接口温度(最大200至300°F)。必须注意限制珠子厚度。良好的焊接冶金必须保持奥氏体和铁氧体相之间的适当平衡。这可以通过冷却太快而受到负面影响,在焊接金属中具有高铁氧体含量,并且具有不足的屏蔽和吹扫气体。适当的,开放式设计是必要的。预热应限制为小于100°F。可以使用主要方法,例如屏蔽金属弧焊(SMAW),钨惰性气体焊接(GTAW),气体金属 - 电弧焊接(GMAW)和浸没电弧焊接(锯)。必须执行标准氦气泄漏测试。

尿素处理阀门

由于DSS和SDSS合金阀,管道和管道的相对高成本,以及焊接的复杂性和高成本,可以指定可用于维护,维修和更新的长生命周期阀门。

图6。这种球阀具有顶入可达性和在线可再生性,这两种特性在尿素应用中都很有用

当在尿素应用中使用这种内联可再生阀门(图6)时,故障排除和修复过程会更简单、更快、更经济。一旦阀门修复,不需要焊接就可以使其恢复使用。因此,管道阀门的可再生性通常可以大大节省停机时间、劳动力和材料。这种阀门有多种配置,包括球阀、截止阀、止回阀和闸阀。以下是一些在尿素应用中指定阀门时需要考虑的其他一般事项:

  1. 了解应用程序的挑战与阀门能力相关,工艺流动条件,腐蚀介质和阀门操作模式(手动,齿轮,电机,气动等)。
  2. 认可并遵守适用的国家和地区的规范和标准,以及任何特定场所的要求。
  3. 了解阀门在工厂或工艺中的安装位置以及对特殊材料的需求程度。请注意,并非所有的申请都需要特殊材料。了解这些要求将有助于避免与特殊材料相关的不必要的额外成本。
  4. 承认尿素处理过程是耐腐蚀性介质和高压的严重服务应用。尿素应用的性质可能导致需要修复,因此阀门应易于维护,优选在线。更换部件应易于订购及时交货。修复不应该复杂。
  5. 更换较旧阀门(例如,匹配专有的面对面尺寸或不为当前标准的面对面尺寸匹配时,需要灵活性。
  6. 确认并验证通过认证的材料测试报告和认可机构所需的检查提供的材料。
  7. 尿素设施彼此不相同,但有一些共性。能够从一个站点应用于另一个网站的经验教训可能会有所帮助。
  8. 确保您的阀门源提供出色的客户支持,提供及时和专业的咨询,测试和服务。
  9. 随时了解SSV中最佳实践,以使最明智的SSV规格选择可能。

参考

1.2 .《制造双相不锈钢的实用指南rd.版,2014年。

作者

Don Bowers是Conval Inc.的副总裁(96 Phoenix Avenue, Enfield, CT 06082;电子邮件:dbowers@conval.com.,电话:860-749-0761;网站:www.conval.com.)是一种用于苛刻工业应用的严重服务阀门的制造商。鲍德斯经验和知识库跨越热电和严重服务阀门行业近四十年。他的职业生涯包括扶手能量系统,Bechtel Power,Crane,Velan,Weir和同步的职位。他是ASME的成员;Asme标准委员会董事长IX;ASME SCIX的亚组一般要求和亚组焊接资格的成员;过去董事长和国民委员会检查守则的小组委员会的超压保护(NBIC-SCOP)。他还在阀门制造商协会的阀门杂志编辑审查委员会上供应。

Jennifer Jones是Armor阀门有限公司的尿素产业市场领先者(126 Milner Avenue,Toronto,Ont。,加拿大M1S 3R2,电子邮件:jjones@armourvalve.com,电话:416-299-0780,网址:www.armourvalve.com.),一家加拿大的工业阀门供应商,专业设备和支持服务的工业用户。琼斯是一位拥有20多年技术销售经验的专业工程师。她的职业生涯始于Armour Valve的内部销售部门,这让她了解了影响产品选择的技术和商业因素。她目前担任战略客户和定价经理,并担任Armour Valve化肥行业的市场领导者,她与终端用户、顾问和制造商合作,为关键应用提供最佳解决方案。

进一步阅读www.charms4.com.

1.水域,R。选择严重的服务阀门,化学。Eng。,2017年6月。

2. Khiani,G.,阀门:排放标准和现行做法,化学。Eng。,2017年10月。

3.内部解决方案,技术简介:氨自汽提法生产尿素,化学。Eng。, 2017年7月。

4. Herrera,R.,阀门选择最佳实践,化学。Eng。,2015年7月。

5.LePree, J。通过设计提高阀门的可靠性,化学。Eng。, 2019年8月。

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