這里講述的高溫閥門指使用工況溫度超過450℃的閥門(men)。根據工作溫度,分為:425~550℃級,550~650℃級,650~750℃級,750~850℃級,>850℃級。
1. 高溫閥門的(de)主體材料的(de)選用
425~550℃級(ji)(ji),取壓力(li)-溫度(du)額(e)定(ding)(ding)值高的(de)高溫鋼(gang)(gang)(gang),優選(xuan)鑄(zhu)鋼(gang)(gang)(gang)WC9,其次是鑄(zhu)鋼(gang)(gang)(gang)WC6,但兩者缺點是Cr含量(liang)較(jiao)低(di),不具備抗硫腐蝕(shi)(shi)的(de)性(xing)能。C5具備一(yi)定(ding)(ding)的(de)抗氧(yang)化、抗硫和氫腐蝕(shi)(shi)的(de)特性(xing),缺點是成本高。425~550℃級(ji)(ji)、550~650℃級(ji)(ji),如果選(xuan)壓力(li)-溫度(du)額(e)定(ding)(ding)值高的(de)耐熱(re)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)材料321和321H,其對應(ying)的(de)鑄(zhu)造(zao)合金(jin)牌號(hao)分(fen)別為CF8Ti、CF10Ti,因(yin)含Ti則(ze)會產生碳硫化鈦夾(jia)雜物,降低(di)了塑性(xing)、沖擊韌性(xing),并且抵抗腐蝕(shi)(shi)能力(li)下(xia)降,鑄(zhu)造(zao)性(xing)難度(du)大,因(yin)此CF8、304、304H型耐熱(re)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)是常(chang)用選(xuan)擇。425~550℃級(ji)(ji)介質無腐蝕(shi)(shi)工況下(xia),例(li)如水、蒸汽等介質,可選(xuan)用WC6和WC9,由于C5的(de)特點及其成本低(di)于高鉻鎳(nie)的(de)耐熱(re)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),因(yin)而在Cr-Mo系(xi)高溫鑄(zhu)鋼(gang)(gang)(gang)中使用最多。
650~750℃級(ji)(ji)、750~850℃級(ji)(ji),取壓力-溫(wen)度額定值高(gao)(gao)的(de)(de)耐(nai)熱不(bu)銹(xiu)鋼材料,選用數值最(zui)高(gao)(gao)的(de)(de)CF8M、316和(he)(he)(he)316H做閥門主(zhu)體材料。CK-20、310和(he)(he)(he)310H高(gao)(gao)Cr、Ni含(han)量(liang)的(de)(de)特點使其(qi)(qi)在高(gao)(gao)溫(wen)工(gong)況下比其(qi)(qi)他耐(nai)熱不(bu)銹(xiu)鋼更能(neng)抵抗腐蝕(shi)和(he)(he)(he)氧化,同時抵抗高(gao)(gao)溫(wen)蠕變及抵抗高(gao)(gao)溫(wen)斷裂(lie)的(de)(de)性能(neng)也優于(yu)其(qi)(qi)他耐(nai)熱不(bu)銹(xiu)鋼。由于(yu)材料價格高(gao)(gao),一般(ban)只用于(yu)特殊場合。
>850℃級(ji),必須應用(yong)增加隔(ge)熱襯里或通介質(zhi)冷(leng)卻等(deng)特殊的(de)結(jie)(jie)構設計。使用(yong)最多的(de)是高性能的(de)耐火(huo)陶瓷。在(zai)此溫度下(xia),控制閥(fa)門的(de)溫度不僅僅靠材料(liao),還(huan)要采(cai)用(yong)特殊的(de)結(jie)(jie)構。
2. 閥(fa)門內件(jian)
高溫閥門內件材料的選(xuan)擇要(yao)考(kao)慮材料的膨脹性質,同(tong)時考(kao)慮運(yun)動部件的擦傷可能。在無特(te)別要(yao)求工況下,材料一般選(xuan)用(yong)耐腐蝕、強(qiang)度高的材料,像316不銹鋼,并且要(yao)在表(biao)面(mian)進行堆焊處(chu)理,采(cai)用(yong)堆焊鎢鉻鉆硬質合金或噴焊陶(tao)瓷。
3. 密封副(fu)設計
閥(fa)體和(he)密(mi)(mi)(mi)封(feng)件(jian)銜接(jie)的地方,利(li)用(yong)(yong)堆焊(han)硬質(zhi)合金(jin)來提升密(mi)(mi)(mi)封(feng)機構(gou)的硬度(du)。密(mi)(mi)(mi)封(feng)環內表面采(cai)用(yong)(yong)不銹耐酸(suan)性(xing)鋼,型(xing)式采(cai)用(yong)(yong)外圓柱面加(jia)工(gong)環型(xing)溝(gou)槽,以便后(hou)續使用(yong)(yong)。為(wei)符合塑性(xing)變形和(he)強度(du)方面的要求,密(mi)(mi)(mi)封(feng)環表面相對比閥(fa)蓋(gai)和(he)閥(fa)體工(gong)作面,硬度(du)要小。填料處結構(gou)上采(cai)用(yong)(yong)動負載結構(gou),材(cai)料采(cai)用(yong)(yong)柔性(xing)石墨增強填料,提升密(mi)(mi)(mi)封(feng)效果。
4. 上(shang)密封結構(gou)的設計
上密(mi)(mi)封的結構(gou)通常有兩(liang)種(zhong)方(fang)式,整體(ti)堆焊(han)和(he)分(fen)體(ti)式上密(mi)(mi)封座螺(luo)(luo)紋(wen)對(dui)接(jie)。分(fen)體(ti)螺(luo)(luo)紋(wen)對(dui)接(jie),高溫下,上密(mi)(mi)封座和(he)閥蓋兩(liang)者材料不同,因此熱(re)膨脹(zhang)系(xi)數不同,螺(luo)(luo)紋(wen)容易出現(xian)松(song)動。為避免上述問題,一般采用點焊(han)的做法將兩(liang)者固(gu)定(ding)。
5. 高溫螺(luo)栓
在高溫下,螺栓(shuan)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(fa)蘭(lan)端(duan)部
高溫(wen)高壓閥門(men)端部如選(xuan)用(yong)法蘭,容易泄漏,因此,工程(cheng)上常(chang)用(yong)焊接。
7. 工程應(ying)用
某蒸汽管道設計(ji)溫度580℃,設計(ji)壓力(li)14.5MPa,口徑NPS20,管子選(xuan)用(yong)A234-WP9,閥門(men)主(zhu)體(ti)材料(liao)選(xuan)用(yong)A217-C12A,閥門(men)標準選(xuan)用(yong)ASME B16.34。