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斷管路系統(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需要考慮的性能是：抗拉強度、沖擊強度和高溫時效。其他因素是：抗氧化性、熱處理溫度和抗磨損性。設(shè)計原則包括：當(dāng)材料的熱膨脹率不同時，運動零件和配合件（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。較為常用的為幾個牌號為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，并且兩者的價格也有一定的差距，在選用閥門主體材料時，應(yīng)根據(jù)閥門實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級和F11.3級、F22.1級和F22.3級、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、高溫Ⅱ級、高溫Ⅲ級、高溫Ⅳ級、高溫Ⅴ級，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，主要用WCB、WCC、A105、WC6和WC9。如果介質(zhì)是含硫油品時，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
　　
　　閥門的工作溫度為425～550℃時為高溫Ⅰ級(簡稱PI級)。PI級閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅰ級中碳鉻鎳稀土鈦耐熱鋼”。因PI級是特定的稱呼，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，雖然也可用高溫鋼WC6(t≤540℃)或WC9(t≤570℃)，在含硫油品時雖然也可用高溫鋼C5(ZG1Cr5Mo)，但在這里不能稱它們?yōu)镻I級。
　　
　　3、高溫Ⅱ級
　　
　　閥門的工作溫度為550～650℃，定為高溫Ⅱ級(簡稱為PⅡ級)。PⅡ級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級閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅱ級中碳鉻鎳稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。
　　
　　4、高溫Ⅲ級
　　
　　閥門的工作溫度為650～730℃，定為高溫Ⅲ級(簡稱為PⅢ級)。PⅢ級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級中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。
　　
　　5、高溫Ⅳ級
　　
　　閥門的工作溫度為730～816℃，定為高溫Ⅳ級(簡稱為PⅣ級)。將PⅣ級閥門的工作溫度上限定為816℃是因為閥門設(shè)計選用的標(biāo)準(zhǔn)ASMEB16134壓力-溫度等級中提供的高溫度為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級閥門的主體材料為ASTMA351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形“高溫Ⅳ級中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強化型耐熱鋼”。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
　　
　　閥門的工作溫度>816℃以上，簡稱為PⅤ級,PⅤ級高溫閥門(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級高溫閥門的工作溫度上限不作規(guī)定，這是因為控制閥門的工作溫度不是僅靠材料，而是用特殊的設(shè)計手段來解決的，而設(shè)計手段的基本原理是一樣的。PⅤ級高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊設(shè)計方法等，選用合理的、能滿足該閥門的材料。在PⅤ級高溫閥門中，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)計高溫球閥的關(guān)鍵有兩點：1、正確選用合適于高溫下使用的密封材料；2、如何補償閥門在使用過程中因為使用溫度對閥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，彈性補償能力強，適用溫度范圍廣，而且對浮動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，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：
　　
　　（1）高溫會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，螺旋彈簧容易因為顆粒雜質(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
　　
　　耐高溫閥門的試驗除了按常溫下通用閥門試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項性能試驗外，還應(yīng)進(jìn)行閥門在高溫狀態(tài)下（特定高溫性能試驗裝置）的各項性能試驗和操作性能試驗。
　　
　　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)計及加工精度的要求都*。完善的質(zhì)量保證體系和過程控制，才能生產(chǎn)出一臺*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