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(wen)閥門的(de)主體材料的(de)選用
425~550℃級,取壓力-溫度額定(ding)值(zhi)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫鋼(gang)(gang),優選(xuan)(xuan)鑄鋼(gang)(gang)WC9,其(qi)次是鑄鋼(gang)(gang)WC6,但兩者缺(que)點是Cr含(han)量較低,不(bu)(bu)具備抗(kang)硫(liu)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)性(xing)能。C5具備一定(ding)的(de)(de)(de)抗(kang)氧化(hua)、抗(kang)硫(liu)和(he)氫腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)特(te)性(xing),缺(que)點是成(cheng)本高(gao)(gao)。425~550℃級、550~650℃級,如果選(xuan)(xuan)壓力-溫度額定(ding)值(zhi)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)耐熱不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料321和(he)321H,其(qi)對應的(de)(de)(de)鑄造合金牌號分別為CF8Ti、CF10Ti,因含(han)Ti則(ze)會產生碳硫(liu)化(hua)鈦(tai)夾雜物,降低了塑性(xing)、沖擊韌性(xing),并且抵抗(kang)腐蝕(shi)(shi)能力下(xia)(xia)降,鑄造性(xing)難(nan)度大,因此(ci)CF8、304、304H型耐熱不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)是常用(yong)選(xuan)(xuan)擇(ze)。425~550℃級介(jie)質(zhi)(zhi)無腐蝕(shi)(shi)工況下(xia)(xia),例(li)如水(shui)、蒸汽等介(jie)質(zhi)(zhi),可(ke)選(xuan)(xuan)用(yong)WC6和(he)WC9,由于C5的(de)(de)(de)特(te)點及其(qi)成(cheng)本低于高(gao)(gao)鉻鎳的(de)(de)(de)耐熱不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),因而在(zai)Cr-Mo系高(gao)(gao)溫鑄鋼(gang)(gang)中(zhong)使用(yong)最多。
650~750℃級(ji)、750~850℃級(ji),取壓(ya)力-溫(wen)(wen)(wen)度額定值(zhi)高(gao)(gao)的耐(nai)熱不(bu)銹鋼(gang)材料(liao),選用(yong)數值(zhi)最高(gao)(gao)的CF8M、316和316H做閥門主體材料(liao)。CK-20、310和310H高(gao)(gao)Cr、Ni含量的特(te)點使其(qi)在高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)工況(kuang)下比(bi)其(qi)他耐(nai)熱不(bu)銹鋼(gang)更能抵(di)抗(kang)(kang)(kang)腐蝕和氧化,同時抵(di)抗(kang)(kang)(kang)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)蠕變(bian)及抵(di)抗(kang)(kang)(kang)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)斷裂的性(xing)能也優于其(qi)他耐(nai)熱不(bu)銹鋼(gang)。由于材料(liao)價格高(gao)(gao),一(yi)般只用(yong)于特(te)殊場合。
>850℃級(ji),必須應用增(zeng)加(jia)隔熱襯里或通介質(zhi)冷(leng)卻等特(te)殊(shu)的(de)(de)結(jie)構設計。使用最多的(de)(de)是高性能的(de)(de)耐火陶(tao)瓷。在此溫度(du)下(xia),控制閥門的(de)(de)溫度(du)不僅僅靠材料,還要(yao)采用特(te)殊(shu)的(de)(de)結(jie)構。
2. 閥門內件
高(gao)溫閥門內件(jian)材(cai)(cai)料(liao)的(de)選(xuan)擇(ze)要(yao)考慮材(cai)(cai)料(liao)的(de)膨(peng)脹性質,同時考慮運動部件(jian)的(de)擦傷可(ke)能。在無特別(bie)要(yao)求(qiu)工況下(xia),材(cai)(cai)料(liao)一般選(xuan)用耐腐蝕、強(qiang)度高(gao)的(de)材(cai)(cai)料(liao),像316不銹鋼,并且(qie)要(yao)在表面(mian)進行堆(dui)焊處理(li),采用堆(dui)焊鎢鉻鉆硬質合金或噴焊陶瓷。
3. 密(mi)封副設計
閥(fa)體(ti)和(he)密(mi)(mi)(mi)封(feng)件銜接的地(di)方,利用堆(dui)焊(han)硬(ying)質合(he)金來提升(sheng)密(mi)(mi)(mi)封(feng)機構的硬(ying)度。密(mi)(mi)(mi)封(feng)環(huan)(huan)內表(biao)面(mian)采用不(bu)銹耐(nai)酸性鋼,型(xing)(xing)式采用外圓柱面(mian)加工(gong)環(huan)(huan)型(xing)(xing)溝(gou)槽,以便后續使用。為符合(he)塑性變形和(he)強度方面(mian)的要求,密(mi)(mi)(mi)封(feng)環(huan)(huan)表(biao)面(mian)相對比(bi)閥(fa)蓋和(he)閥(fa)體(ti)工(gong)作面(mian),硬(ying)度要小。填料(liao)處(chu)結構上采用動負載結構,材料(liao)采用柔性石(shi)墨增(zeng)強填料(liao),提升(sheng)密(mi)(mi)(mi)封(feng)效果。
4. 上密(mi)封結(jie)構的設計
上(shang)(shang)密封的結構通常有兩種方式(shi),整體(ti)堆(dui)焊和分(fen)體(ti)式(shi)上(shang)(shang)密封座(zuo)螺(luo)紋對接。分(fen)體(ti)螺(luo)紋對接,高溫下,上(shang)(shang)密封座(zuo)和閥蓋兩者材料(liao)不同,因此熱(re)膨脹系(xi)數不同,螺(luo)紋容(rong)易出現松動(dong)。為避免上(shang)(shang)述問題(ti),一般采用點(dian)焊的做法將兩者固定。
5. 高溫螺栓
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. 法蘭(lan)端部
高溫高壓閥門端部如選(xuan)用法(fa)蘭,容易泄漏(lou),因此,工程上常(chang)用焊(han)接。
7. 工程應用
某蒸汽(qi)管道設計(ji)溫度580℃,設計(ji)壓力14.5MPa,口徑(jing)NPS20,管子選用(yong)(yong)A234-WP9,閥門(men)主體材料(liao)選用(yong)(yong)A217-C12A,閥門(men)標(biao)準選用(yong)(yong)ASME B16.34。