這里講述的高溫閥門指使用工況溫度超過450℃的閥門。根據工作溫度,分為:425~550℃級,550~650℃級,650~750℃級,750~850℃級,>850℃級。
1. 高溫閥門(men)的主體材(cai)料的選(xuan)用
425~550℃級(ji),取壓(ya)力(li)-溫度額定(ding)(ding)值高(gao)(gao)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫鋼,優選(xuan)鑄鋼WC9,其(qi)次是鑄鋼WC6,但兩(liang)者缺(que)點(dian)(dian)是Cr含(han)量較低(di),不具(ju)備(bei)抗(kang)(kang)硫腐蝕(shi)的(de)(de)(de)性能。C5具(ju)備(bei)一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)抗(kang)(kang)氧(yang)化、抗(kang)(kang)硫和(he)氫腐蝕(shi)的(de)(de)(de)特性,缺(que)點(dian)(dian)是成(cheng)本高(gao)(gao)。425~550℃級(ji)、550~650℃級(ji),如果選(xuan)壓(ya)力(li)-溫度額定(ding)(ding)值高(gao)(gao)的(de)(de)(de)耐熱(re)不銹鋼材(cai)料321和(he)321H,其(qi)對應的(de)(de)(de)鑄造(zao)合金(jin)牌(pai)號(hao)分別為CF8Ti、CF10Ti,因含(han)Ti則會(hui)產生碳(tan)硫化鈦夾雜物,降(jiang)低(di)了塑性、沖(chong)擊(ji)韌性,并且抵抗(kang)(kang)腐蝕(shi)能力(li)下降(jiang),鑄造(zao)性難(nan)度大,因此CF8、304、304H型耐熱(re)不銹鋼是常用選(xuan)擇。425~550℃級(ji)介質(zhi)無腐蝕(shi)工(gong)況(kuang)下,例如水、蒸汽等介質(zhi),可選(xuan)用WC6和(he)WC9,由于C5的(de)(de)(de)特點(dian)(dian)及其(qi)成(cheng)本低(di)于高(gao)(gao)鉻鎳的(de)(de)(de)耐熱(re)不銹鋼,因而在Cr-Mo系高(gao)(gao)溫鑄鋼中使用最多。
650~750℃級(ji)、750~850℃級(ji),取壓力(li)-溫度額定值(zhi)高(gao)的(de)(de)耐(nai)熱不銹(xiu)鋼材(cai)(cai)料,選(xuan)用(yong)數值(zhi)最高(gao)的(de)(de)CF8M、316和(he)316H做閥門(men)主體材(cai)(cai)料。CK-20、310和(he)310H高(gao)Cr、Ni含量的(de)(de)特點使其(qi)在高(gao)溫工(gong)況下比其(qi)他(ta)耐(nai)熱不銹(xiu)鋼更能抵(di)抗腐(fu)蝕和(he)氧化(hua),同時(shi)抵(di)抗高(gao)溫蠕變及抵(di)抗高(gao)溫斷裂的(de)(de)性能也(ye)優(you)于其(qi)他(ta)耐(nai)熱不銹(xiu)鋼。由(you)于材(cai)(cai)料價(jia)格高(gao),一般只用(yong)于特殊(shu)場合。
>850℃級,必須(xu)應用(yong)(yong)增(zeng)加隔熱襯里(li)或通(tong)介質冷卻等特殊(shu)的結構設(she)計。使用(yong)(yong)最(zui)多的是高性能的耐火陶瓷。在此(ci)溫(wen)度下,控制(zhi)閥門(men)的溫(wen)度不僅(jin)僅(jin)靠材料,還(huan)要(yao)采用(yong)(yong)特殊(shu)的結構。
2. 閥門內件
高溫閥門內件(jian)材(cai)料(liao)的選(xuan)擇要(yao)考(kao)(kao)慮(lv)材(cai)料(liao)的膨脹(zhang)性質(zhi),同時考(kao)(kao)慮(lv)運動(dong)部件(jian)的擦傷可能(neng)。在無(wu)特別要(yao)求工況下,材(cai)料(liao)一(yi)般(ban)選(xuan)用耐腐蝕(shi)、強度高的材(cai)料(liao),像(xiang)316不銹鋼,并且(qie)要(yao)在表面進行堆(dui)焊處理,采(cai)用堆(dui)焊鎢鉻鉆硬(ying)質(zhi)合金或噴焊陶瓷。
3. 密封副設計
閥體和密封件銜(xian)接的地方(fang)(fang),利用(yong)(yong)堆焊硬質合金來(lai)提升(sheng)密封機(ji)構的硬度。密封環(huan)內表面采用(yong)(yong)不(bu)銹(xiu)耐酸性鋼,型式采用(yong)(yong)外圓(yuan)柱(zhu)面加工環(huan)型溝槽(cao),以便后續使用(yong)(yong)。為符合塑(su)性變形和強度方(fang)(fang)面的要求,密封環(huan)表面相(xiang)對(dui)比閥蓋和閥體工作面,硬度要小。填料處結構上采用(yong)(yong)動負載結構,材料采用(yong)(yong)柔(rou)性石墨(mo)增強填料,提升(sheng)密封效果。
4. 上密封(feng)結構的設計(ji)
上(shang)密(mi)封(feng)(feng)(feng)的結構(gou)通(tong)常有兩(liang)種方式,整體(ti)堆(dui)焊(han)和(he)分(fen)體(ti)式上(shang)密(mi)封(feng)(feng)(feng)座(zuo)螺紋對(dui)(dui)接。分(fen)體(ti)螺紋對(dui)(dui)接,高溫(wen)下,上(shang)密(mi)封(feng)(feng)(feng)座(zuo)和(he)閥蓋(gai)兩(liang)者(zhe)材料(liao)不同(tong),因此熱膨脹系(xi)數(shu)不同(tong),螺紋容易出現松動。為避免(mian)上(shang)述(shu)問題,一般采用點焊(han)的做(zuo)法將兩(liang)者(zhe)固定。
5. 高(gao)溫螺栓
在高溫下,螺栓緊固件容易出現應力松弛或螺栓咬死。結構上,采用粗牙螺紋,并合理加大中徑間隙可有效避免問題出現。
6. 法蘭(lan)端部
高溫(wen)高壓閥門端部如選(xuan)用(yong)法蘭,容(rong)易(yi)泄(xie)漏,因此,工程上常(chang)用(yong)焊接(jie)。
7. 工(gong)程應(ying)用
某蒸汽管道設(she)計溫度580℃,設(she)計壓力14.5MPa,口徑NPS20,管子選用(yong)(yong)A234-WP9,閥門主體材料選用(yong)(yong)A217-C12A,閥門標準選用(yong)(yong)ASME B16.34。