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【扩大钛应用】钛在高压采气井口平板阀上的应用
2021-11-12 08:15:53   来源:中国有色金属报    点击:

作者:王祝堂
 
表1 平板阀阀板性能
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    注:(1)四种部件均由广东省计量所测量;(2)平行性和平面性的测面积,美国部件为40mm×50mm,有色院的为85mm×195mm;钻采厂与有色院的为85mm×191mm。
 
 
  天然气都是从地下采集的,或多或少的含有硫,这种含硫的气体对常用的金属材料都有不同程度的腐蚀作用,同时,喷出压力高,对设备结构件有强烈的冲刷作用,因此,要求材料有良好的综合性能和优异的抗硫腐蚀性能,例如,作为高压防硫采气井口密封部件的大面积阀板与阀座,它们都是很关键的的结构件,要求:启闭灵活,安全可靠,耐酸性腐蚀介质H2S-CO2-H2O与(20%-25%)HCI介质腐蚀;同时,作为井口启闭件,更要质硬,HRC>45,耐强力磨损,抗高速气流冲刷,耐高比压摩伤,摩擦系数低,密封比小;抗拉强度40MPa-70 MPa。上世纪80年代后期,广州有色金属研究院研究表明,TC4合金经氮化处理后所制造的密封组合件的表面硬度、光洁度和尺寸精度均达到设计要求,且优于美国卡麦隆公司的产品,所制备的密封组合件:密封可靠,启闭力矩小,可在高压下安全可靠地运行。
 
  密封部件制备工艺
 
  TC4平板阀密封件制备工艺:锻坯→应力消除退火→机械加工与密封面机磨→定形处理→密封面研磨→离子处理。离子处理在制备高性能密封面中是一道很重要的工艺,其处理参数为:处理温度,阀板的880℃-900℃,阀座的840℃-860℃;处理时间6h-8h;最大加热速度<15℃/min;最大冷却速度<18℃/min;反应气氛N2+H2混合气体,并加入微量氧,N2含量66%-90%;工作气压1.33MPa-1.73MPa;气体流量100L/h-150L/h;电流密度3mA/cm2-7mA/cm2。为确保密封部件尺寸精度,除合理选择处理工艺参数外,还应提高辉光放电稳定性,另外,还要合理装炉。离子处理可以大幅提高TC4合金耐磨性、抗蚀性,同时,保持了基体和渗层韧性。
 
  密封件性能
 
  广州有色金属研究院胡佑埘等对四种钛合金平板阀阀板的一些性能进行了检测(表1),各项性能指标均达到或超过设计要求,表面硬度和尺寸精度比同规格的美国FMC-OCT阀板的更高,为使用创造了稳定可靠的条件。工艺效果具有很好的重复性,处理后无一废品。
 
  现场试验
 
  广州有色金属研究院对组装的钛合金TC4平板阀阀体进行了强度及密封性水压试验、扭矩试验、地面静态天然气试验、井口动态天然气生产性试验,都达到了或好于设定值与预期效果。
 
 
 
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