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. 高溫閥門的主體材料的選用
425~550℃級,取壓力(li)-溫(wen)(wen)度額定(ding)(ding)值高的(de)(de)高溫(wen)(wen)鋼(gang)(gang)(gang),優選鑄鋼(gang)(gang)(gang)WC9,其(qi)次是(shi)鑄鋼(gang)(gang)(gang)WC6,但兩者缺點(dian)(dian)是(shi)Cr含量較(jiao)低,不(bu)(bu)具備抗(kang)硫(liu)腐蝕(shi)的(de)(de)性能(neng)。C5具備一定(ding)(ding)的(de)(de)抗(kang)氧化、抗(kang)硫(liu)和氫腐蝕(shi)的(de)(de)特性,缺點(dian)(dian)是(shi)成本(ben)高。425~550℃級、550~650℃級,如果選壓力(li)-溫(wen)(wen)度額定(ding)(ding)值高的(de)(de)耐(nai)熱不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)料321和321H,其(qi)對應的(de)(de)鑄造(zao)合金牌號分別為(wei)CF8Ti、CF10Ti,因(yin)含Ti則會產生碳硫(liu)化鈦夾雜(za)物,降(jiang)低了(le)塑性、沖擊韌性,并且抵抗(kang)腐蝕(shi)能(neng)力(li)下降(jiang),鑄造(zao)性難度大(da),因(yin)此CF8、304、304H型耐(nai)熱不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)是(shi)常(chang)用選擇。425~550℃級介質無腐蝕(shi)工況下,例如水、蒸汽等介質,可選用WC6和WC9,由于C5的(de)(de)特點(dian)(dian)及其(qi)成本(ben)低于高鉻鎳的(de)(de)耐(nai)熱不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang),因(yin)而(er)在Cr-Mo系高溫(wen)(wen)鑄鋼(gang)(gang)(gang)中使用最多(duo)。
650~750℃級、750~850℃級,取壓力-溫度(du)額定值高的耐熱(re)(re)不銹(xiu)鋼材(cai)料,選用數(shu)值最高的CF8M、316和316H做閥門主(zhu)體材(cai)料。CK-20、310和310H高Cr、Ni含量的特點使其在高溫工況下比其他(ta)(ta)耐熱(re)(re)不銹(xiu)鋼更能抵(di)抗(kang)腐蝕(shi)和氧化(hua),同(tong)時抵(di)抗(kang)高溫蠕變及抵(di)抗(kang)高溫斷裂的性能也(ye)優(you)于(yu)其他(ta)(ta)耐熱(re)(re)不銹(xiu)鋼。由于(yu)材(cai)料價格(ge)高,一(yi)般只用于(yu)特殊場合。
>850℃級,必須應用(yong)增加隔熱襯里或通介質冷卻等(deng)特(te)殊(shu)的(de)結(jie)構(gou)設計。使用(yong)最(zui)多(duo)的(de)是高性能(neng)的(de)耐火陶瓷。在此溫(wen)度下,控制閥門的(de)溫(wen)度不僅僅靠材(cai)料(liao),還(huan)要(yao)采用(yong)特(te)殊(shu)的(de)結(jie)構(gou)。
2. 閥門內件
高溫閥(fa)門內件材料的(de)(de)選擇要考慮材料的(de)(de)膨脹性(xing)質,同時考慮運動部件的(de)(de)擦傷可能(neng)。在無特別要求工況下(xia),材料一般選用(yong)耐腐蝕(shi)、強度高的(de)(de)材料,像(xiang)316不銹鋼,并且要在表面進行堆(dui)焊處理,采用(yong)堆(dui)焊鎢鉻鉆硬(ying)質合金或(huo)噴焊陶(tao)瓷。
3. 密封副設計
閥體和密(mi)封件(jian)銜接的地方(fang),利用(yong)(yong)堆(dui)焊硬(ying)質合金來提升(sheng)(sheng)密(mi)封機(ji)構的硬(ying)度(du)。密(mi)封環內表(biao)面采用(yong)(yong)不銹耐酸性鋼,型式采用(yong)(yong)外圓柱(zhu)面加(jia)工(gong)環型溝槽,以(yi)便(bian)后續使用(yong)(yong)。為符(fu)合塑(su)性變形和強度(du)方(fang)面的要求,密(mi)封環表(biao)面相對比閥蓋和閥體工(gong)作面,硬(ying)度(du)要小。填料處結(jie)構上采用(yong)(yong)動(dong)負載(zai)結(jie)構,材料采用(yong)(yong)柔性石墨增強填料,提升(sheng)(sheng)密(mi)封效(xiao)果。
4. 上密封結構的(de)設(she)計
上(shang)密(mi)封(feng)(feng)(feng)的(de)(de)結構通常有(you)兩種方式(shi),整體堆焊和分(fen)(fen)體式(shi)上(shang)密(mi)封(feng)(feng)(feng)座(zuo)螺(luo)紋(wen)對接。分(fen)(fen)體螺(luo)紋(wen)對接,高溫下,上(shang)密(mi)封(feng)(feng)(feng)座(zuo)和閥蓋兩者(zhe)材料不(bu)同,因此熱膨脹系數(shu)不(bu)同,螺(luo)紋(wen)容易(yi)出現松動。為避(bi)免上(shang)述問題(ti),一般采用點焊的(de)(de)做(zuo)法(fa)將兩者(zhe)固定(ding)。
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(lan)端部
高溫(wen)高壓閥門端(duan)部如選用法蘭,容易泄漏(lou),因此,工程(cheng)上常用焊接(jie)。
7. 工(gong)程應用
某蒸汽(qi)管道設計(ji)溫度580℃,設計(ji)壓力14.5MPa,口徑NPS20,管子(zi)選用(yong)A234-WP9,閥(fa)門主體材料(liao)選用(yong)A217-C12A,閥(fa)門標準選用(yong)ASME B16.34。