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(gao)溫閥門的(de)主(zhu)體材料的(de)選用
425~550℃級(ji),取(qu)壓力(li)-溫(wen)度(du)額定(ding)值(zhi)高的(de)高溫(wen)鋼,優選(xuan)(xuan)鑄鋼WC9,其(qi)次是(shi)鑄鋼WC6,但兩(liang)者(zhe)缺點(dian)是(shi)Cr含量較低,不(bu)(bu)具(ju)備(bei)抗(kang)(kang)(kang)硫(liu)(liu)腐(fu)蝕的(de)性(xing)(xing)能。C5具(ju)備(bei)一定(ding)的(de)抗(kang)(kang)(kang)氧化、抗(kang)(kang)(kang)硫(liu)(liu)和氫腐(fu)蝕的(de)特性(xing)(xing),缺點(dian)是(shi)成本(ben)(ben)高。425~550℃級(ji)、550~650℃級(ji),如(ru)果選(xuan)(xuan)壓力(li)-溫(wen)度(du)額定(ding)值(zhi)高的(de)耐(nai)熱不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼材料321和321H,其(qi)對應(ying)的(de)鑄造(zao)合金牌號分(fen)別為CF8Ti、CF10Ti,因(yin)含Ti則會產生碳硫(liu)(liu)化鈦夾(jia)雜物,降低了塑性(xing)(xing)、沖擊韌性(xing)(xing),并(bing)且抵抗(kang)(kang)(kang)腐(fu)蝕能力(li)下降,鑄造(zao)性(xing)(xing)難度(du)大,因(yin)此(ci)CF8、304、304H型(xing)耐(nai)熱不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼是(shi)常用(yong)選(xuan)(xuan)擇。425~550℃級(ji)介質(zhi)(zhi)無腐(fu)蝕工況下,例如(ru)水(shui)、蒸汽(qi)等介質(zhi)(zhi),可選(xuan)(xuan)用(yong)WC6和WC9,由于(yu)C5的(de)特點(dian)及其(qi)成本(ben)(ben)低于(yu)高鉻鎳的(de)耐(nai)熱不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼,因(yin)而在Cr-Mo系(xi)高溫(wen)鑄鋼中(zhong)使用(yong)最多。
650~750℃級、750~850℃級,取壓力-溫(wen)(wen)度額定值(zhi)高(gao)(gao)(gao)的耐熱(re)不(bu)銹鋼(gang)材料,選用數值(zhi)最高(gao)(gao)(gao)的CF8M、316和(he)(he)316H做(zuo)閥門主(zhu)體(ti)材料。CK-20、310和(he)(he)310H高(gao)(gao)(gao)Cr、Ni含(han)量(liang)的特點使其(qi)在高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)工況下比其(qi)他(ta)(ta)耐熱(re)不(bu)銹鋼(gang)更能抵抗(kang)(kang)腐蝕和(he)(he)氧化,同(tong)時抵抗(kang)(kang)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)蠕變及抵抗(kang)(kang)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)斷裂的性能也(ye)優(you)于其(qi)他(ta)(ta)耐熱(re)不(bu)銹鋼(gang)。由于材料價格高(gao)(gao)(gao),一般只用于特殊場合。
>850℃級(ji),必須應用(yong)增加(jia)隔熱襯里或(huo)通(tong)介質(zhi)冷卻等特殊的結構設計。使用(yong)最(zui)多的是高性能的耐(nai)火陶(tao)瓷(ci)。在(zai)此溫度(du)下(xia),控(kong)制閥門的溫度(du)不僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)靠材料,還要采用(yong)特殊的結構。
2. 閥門內(nei)件
高(gao)(gao)溫閥門內(nei)件材料(liao)的(de)選擇要(yao)(yao)(yao)考慮材料(liao)的(de)膨脹性質,同時考慮運動(dong)部件的(de)擦傷可能。在無(wu)特別要(yao)(yao)(yao)求工況下,材料(liao)一般選用耐腐蝕(shi)、強(qiang)度高(gao)(gao)的(de)材料(liao),像316不銹鋼,并且要(yao)(yao)(yao)在表面進(jin)行堆焊(han)處理,采用堆焊(han)鎢鉻鉆硬質合(he)金或(huo)噴焊(han)陶瓷。
3. 密(mi)封副設計(ji)
閥體和密封件銜(xian)接的地方,利用(yong)堆焊(han)硬(ying)質合金(jin)來提升密封機構的硬(ying)度。密封環(huan)內表(biao)(biao)面(mian)采用(yong)不銹耐(nai)酸性鋼,型式采用(yong)外圓柱面(mian)加(jia)工環(huan)型溝(gou)槽(cao),以便后續使(shi)用(yong)。為符合塑性變形(xing)和強度方面(mian)的要(yao)求,密封環(huan)表(biao)(biao)面(mian)相(xiang)對(dui)比閥蓋和閥體工作面(mian),硬(ying)度要(yao)小。填料(liao)處結構上(shang)采用(yong)動負載結構,材料(liao)采用(yong)柔性石墨增強填料(liao),提升密封效果。
4. 上密封結構的設計
上(shang)密(mi)封的(de)結構通常有(you)兩(liang)(liang)種方式,整體(ti)堆焊和分體(ti)式上(shang)密(mi)封座(zuo)螺(luo)(luo)紋(wen)對(dui)接。分體(ti)螺(luo)(luo)紋(wen)對(dui)接,高(gao)溫下,上(shang)密(mi)封座(zuo)和閥蓋兩(liang)(liang)者材料不同,因此熱膨(peng)脹(zhang)系數(shu)不同,螺(luo)(luo)紋(wen)容易出現松(song)動。為避(bi)免(mian)上(shang)述問題,一般采用點焊的(de)做法將兩(liang)(liang)者固定。
5. 高溫螺栓
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. 法蘭端部(bu)
高(gao)溫高(gao)壓閥門端部如選用法蘭,容易泄漏(lou),因此,工程上常用焊(han)接。
7. 工程應用(yong)
某蒸(zheng)汽管道設計溫度580℃,設計壓力14.5MPa,口徑NPS20,管子選(xuan)(xuan)用(yong)A234-WP9,閥門主體材(cai)料選(xuan)(xuan)用(yong)A217-C12A,閥門標(biao)準(zhun)選(xuan)(xuan)用(yong)ASME B16.34。