耐高溫硬密封球閥高溫密封選擇

　　耐高溫硬密封球閥高溫密封選擇
　　
　　上海申弘閥門有限公司
　　
　　1耐高溫硬密封球閥高溫密封選擇概述
　　
　　之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥工作原理，現(xiàn)在介紹隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型石化工程項(xiàng)目的增多，越來越多的耐高溫硬密封球閥作為一種控制及截?cái)喙苈废到y(tǒng)的啟閉件普遍應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、冶金及水電領(lǐng)域中。相對于軟密封（密封材料為聚四氟乙烯、橡膠等塑料）球閥而言，硬密封球閥的密封材料及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都能更好的適用于耐高溫的領(lǐng)域中。本文將就耐高溫硬密封球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各零部件的材料選用進(jìn)行簡要概述。確定閥門材料的高工作溫度和高極限溫度時(shí)需要考慮的性能是：抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和高溫時(shí)效。其他因素是：抗氧化性、熱處理溫度和抗磨損性。設(shè)計(jì)原則包括：當(dāng)材料的熱膨脹率不同時(shí)，運(yùn)動(dòng)零件和配合件（松配合）的間隙，以及與溫度、負(fù)荷、接觸程度（如關(guān)閉或振動(dòng)引起的重要沖擊）都和材料擦傷有關(guān)。還要考慮到熱循環(huán)對閥門密封、閥座墊片密封及導(dǎo)向套的松動(dòng)的影響。
　　
　　2耐高溫硬密封球閥高溫密封選擇閥門殼體材料的選用
　　
　　（1）高溫鋼鑄件：高溫工況下閥門主體材料材料一般選用奧氏體不銹鋼和高溫鉻鉬鋼。較為常用的為幾個(gè)牌號(hào)為ASTMA217中的WC9和C5。WC9廣泛應(yīng)用于熱力和電力系統(tǒng)等介質(zhì)為水和蒸氣的高溫高壓狀態(tài)中。C5適用于含硫石油介質(zhì)中，同時(shí)還具有抗氫腐蝕能力，因此廣泛應(yīng)用于石油煉制及乙烯生產(chǎn)含硫介質(zhì)的高溫中。ASTMA351中的CF8和CF3常用于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的閥門中。上述材料規(guī)定的一般工作溫度為WC9≤593℃，C5≤593℃，CF3≤427℃，CF8≤537℃。奧氏體不銹鋼和高溫鉻鉬鋼相比較而言，奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能強(qiáng)于高溫鉻鉬鋼，但高溫鉻鉬鋼的耐高溫性能高于奧氏體不銹鋼，并且兩者的價(jià)格也有一定的差距，在選用閥門主體材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)閥門實(shí)際的使用工況條件來決定。
　　
　　ASTMA217M中幾種常用鉻鉬鋼的力學(xué)性能
　　
　　（2）高溫鋼鍛件：上應(yīng)用于閥門主體材料高溫鉻鉬鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)有代表性的應(yīng)為ASTMA182/A182M中的低合金鋼種。其中的F11.2級(jí)和F11.3級(jí)、F22.1級(jí)和F22.3級(jí)、F5和F分別為常用鑄件WC6、WC9和C5的變形合金。
　　
　　ASTMA182/A182中常用鉻鉬高溫鋼的力學(xué)性能
　　
　　高溫工況主要包括亞高溫、高溫Ⅰ級(jí)、高溫Ⅱ級(jí)、高溫Ⅲ級(jí)、高溫Ⅳ級(jí)、高溫Ⅴ級(jí)，下面分別做介紹。
　　
　　1、亞高溫
　　
　　亞高溫是指閥門的工作溫度在325～425℃區(qū)域。如果介質(zhì)是水和蒸汽時(shí)，主要用WCB、WCC、A105、WC6和WC9。如果介質(zhì)是含硫油品時(shí)，主要用具有抗硫化物腐蝕的C5、CF8、CF3、CF8M和CF3M等。它們多用在煉油廠的常減壓裝置和延遲焦化裝置上，此時(shí)CF8、CF8M、CF3及CF3M材質(zhì)的閥門不是用于抗酸溶液腐蝕，而是用于含硫油品及油氣管路上。在此工況中，CF8、CF8M、CF3和CF3M的高工作溫度上限為450℃。
　　
　　2、高溫Ⅰ級(jí)
　　
　　閥門的工作溫度為425～550℃時(shí)為高溫Ⅰ級(jí)(簡稱PI級(jí))。PI級(jí)閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅰ級(jí)中碳鉻鎳稀土鈦耐熱鋼”。因PI級(jí)是特定的稱呼，在這里包含了高溫不銹鋼(P)的概念。因此，如果工作介質(zhì)為水或蒸汽時(shí)，雖然也可用高溫鋼WC6(t≤540℃)或WC9(t≤570℃)，在含硫油品時(shí)雖然也可用高溫鋼C5(ZG1Cr5Mo)，但在這里不能稱它們?yōu)镻I級(jí)。
　　
　　3、高溫Ⅱ級(jí)
　　
　　閥門的工作溫度為550～650℃，定為高溫Ⅱ級(jí)(簡稱為PⅡ級(jí))。PⅡ級(jí)高溫閥門主要用于煉油廠的重油催化裂化裝置，它包含用在三旋噴嘴等部位的高溫襯里耐磨閘閥。PⅡ級(jí)閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅱ級(jí)中碳鉻鎳稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。
　　
　　4、高溫Ⅲ級(jí)
　　
　　閥門的工作溫度為650～730℃，定為高溫Ⅲ級(jí)(簡稱為PⅢ級(jí))。PⅢ級(jí)高溫閥門主要是用在煉油廠的大型重油催化裂化裝置上。PⅢ級(jí)高溫閥門主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形的“高溫Ⅲ級(jí)中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。
　　
　　5、高溫Ⅳ級(jí)
　　
　　閥門的工作溫度為730～816℃，定為高溫Ⅳ級(jí)(簡稱為PⅣ級(jí))。將PⅣ級(jí)閥門的工作溫度上限定為816℃是因?yàn)殚y門設(shè)計(jì)選用的標(biāo)準(zhǔn)ASMEB16134壓力-溫度等級(jí)中提供的高溫度為816℃(1500υ)。另外，工作溫度超過816℃以后，鋼就接近進(jìn)入了鍛造溫度區(qū)域，此時(shí)金屬處于塑性變形區(qū)間，金屬的可塑性好，難以承受高的工作壓力和沖擊力而保持不變形。PⅣ級(jí)閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形“高溫Ⅳ級(jí)中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。CK-20及ASTMA182標(biāo)準(zhǔn)中F310(其中C含量≥01050%)及F310H等耐熱不銹鋼。
　　
　　6、高溫Ⅴ級(jí)
　　
　　閥門的工作溫度>816℃以上，簡稱為PⅤ級(jí),PⅤ級(jí)高溫閥門(作切斷用閥門，而非調(diào)節(jié)型蝶閥類的閥門)必須采用特殊的設(shè)計(jì)手段，如襯隔熱襯里或通水或氣冷卻等，方能保證閥門的正常工作。所以，對PⅤ級(jí)高溫閥門的工作溫度上限不作規(guī)定，這是因?yàn)榭刂崎y門的工作溫度不是僅靠材料，而是用特殊的設(shè)計(jì)手段來解決的，而設(shè)計(jì)手段的基本原理是一樣的。PⅤ級(jí)高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊設(shè)計(jì)方法等，選用合理的、能滿足該閥門的材料。在PⅤ級(jí)高溫閥門中，通常煙道插板閥或蝶閥的插板或蝶板常選用ASTMA297標(biāo)準(zhǔn)中的HK-30，HK-40高溫合金，它們能在1150℃以下抗氧化和還原性氣體中耐蝕，但不能承受沖擊和高壓載荷。
　　
　　3密封材料的選用及結(jié)構(gòu)
　　
　　3.1閥座材料
　　
　　上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥設(shè)計(jì)高溫球閥的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：1、正確選用合適于高溫下使用的密封材料；2、如何補(bǔ)償閥門在使用過程中因?yàn)槭褂脺囟葘﹂y門各零部件的溫差變形的影響。
　　
　　球閥的使用溫度通常取決于閥座材料的耐高溫性能。按閥座材料的不同，高溫球閥可分為金屬對金屬（硬密封）及金屬對非金屬（軟密封）兩類密封結(jié)構(gòu)。它們的共同點(diǎn)是球體和閥體都是用耐高溫的金屬材料制造，所不同者，前者閥座為金屬或耐熱合金（如鈷鉻鎢硬質(zhì)合金等）制造，后者閥座材料采用非金屬材料如對位聚苯（PPL）、柔性石墨和碳素纖維等制造。閥座材料采用非金屬材料采用PTFE或NYLON材料制造，其使用溫度為≤200℃，采用PPL使用溫度可達(dá)到300℃。金屬對金屬密封結(jié)構(gòu)（硬密封）球閥的優(yōu)點(diǎn)是：適用溫度范圍更廣，耐高溫可達(dá)600℃甚至更高。各種金屬材料的熱膨脹系數(shù)相差不大，只要選用得當(dāng)，可以達(dá)到基本一致，有利于協(xié)調(diào)溫差變形。缺點(diǎn)是金屬材料硬度高，達(dá)到密封所必須的比壓亦高，在通徑較小和壓力較低場合，難以靠流體壓力達(dá)到密封，即使是采用預(yù)緊力達(dá)到密封，但因密封比壓大，閥座和球體之間的磨損必然很大，而且金屬與金屬的摩擦系數(shù)比較大，球閥的啟、閉轉(zhuǎn)矩亦大。
　　
　　3.2閥座的結(jié)構(gòu)
　　
　　彈性密封結(jié)構(gòu)的高溫球閥，由于各種彈性閥座和彈性球體的密封性能可靠，彈性補(bǔ)償能力強(qiáng)，適用溫度范圍廣，而且對浮動(dòng)球和固定球球閥都適用，因此，在高溫球閥上得到廣泛應(yīng)用。
　　
　　金屬對金屬彈性密封閥座結(jié)構(gòu)
　　
　　由于施加于閥座墊片上的負(fù)荷必須超過墊片的屈服極限才能密封，而惡劣的熱循環(huán)又會(huì)進(jìn)一步引起墊片的蠕變和滲漏，因此，在高壓熱循環(huán)狀態(tài)時(shí)，是避免采用閥座墊片的型式。閥座密封采用柔性石墨環(huán)，柔性石墨有*的耐壓性、柔韌性、可塑性和自潤滑性；并且能夠很好的適用于各種抗高、低溫的工況條件中。采用石墨的密封結(jié)構(gòu)同樣應(yīng)用與閥桿密封結(jié)構(gòu)。
　　
　　彈簧作為彈性密封閥座結(jié)構(gòu)的主要零部件，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
　　
　　（1）高溫會(huì)降低彈簧的回火性能，（或降低硬度）減少彈性模量，引起使用負(fù)荷和彈性極限的降低，并使腐蝕增加和彈簧終的失效。因此，彈簧材料應(yīng)使用耐腐蝕材料或鎳基合金。
　　
　　（2）在介質(zhì)為煤漿等含顆粒雜質(zhì)較多的情況下，螺旋彈簧容易因?yàn)轭w粒雜質(zhì)較多的原因而導(dǎo)致失效，因此在此情況下應(yīng)選用平板彈簧。
　　
　　3.3法蘭密封墊片
　　
　　根據(jù)工藝，金屬纏繞件可使用316不銹鋼或INCONEL合金鋼等半金屬墊片比非金屬墊片承受的溫度壓力范圍較廣。所以墊片材料常選用304/316+填充纏繞式墊片。
　　
　　4閥門的試驗(yàn)
　　
　　耐高溫閥門的試驗(yàn)除了按常溫下通用閥門試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)行閥門在高溫狀態(tài)下（特定高溫性能試驗(yàn)裝置）的各項(xiàng)性能試驗(yàn)和操作性能試驗(yàn)。
　　
　　5結(jié)束語
　　
　　高溫球閥相對一般的常溫球閥而言，對閥門的材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工精度的要求都*。*的質(zhì)量保證體系和過程控制，才能生產(chǎn)出一臺(tái)*符合性能的球閥產(chǎn)品。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：1150度高溫蝶閥在催化裂化裝置應(yīng)用