這里講述的高溫閥門指使用工況溫度超過450℃的閥(fa)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(fa)門的主(zhu)體材料的選用
425~550℃級(ji),取(qu)壓力-溫(wen)度額定(ding)值(zhi)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)鋼,優選(xuan)鑄(zhu)鋼WC9,其次是(shi)鑄(zhu)鋼WC6,但兩(liang)者缺點是(shi)Cr含量較低,不(bu)具(ju)備抗硫(liu)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。C5具(ju)備一定(ding)的(de)(de)(de)抗氧化、抗硫(liu)和氫腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)特性(xing)(xing)(xing),缺點是(shi)成本(ben)高(gao)(gao)。425~550℃級(ji)、550~650℃級(ji),如(ru)果(guo)選(xuan)壓力-溫(wen)度額定(ding)值(zhi)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)耐熱(re)不(bu)銹鋼材料321和321H,其對應的(de)(de)(de)鑄(zhu)造(zao)合金牌號分別為CF8Ti、CF10Ti,因含Ti則(ze)會產生(sheng)碳硫(liu)化鈦夾雜(za)物,降低了塑性(xing)(xing)(xing)、沖擊韌性(xing)(xing)(xing),并且抵(di)抗腐蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力下降,鑄(zhu)造(zao)性(xing)(xing)(xing)難度大,因此CF8、304、304H型耐熱(re)不(bu)銹鋼是(shi)常用選(xuan)擇。425~550℃級(ji)介質(zhi)(zhi)無(wu)腐蝕(shi)(shi)(shi)工況下,例如(ru)水、蒸汽等介質(zhi)(zhi),可選(xuan)用WC6和WC9,由(you)于C5的(de)(de)(de)特點及(ji)其成本(ben)低于高(gao)(gao)鉻鎳的(de)(de)(de)耐熱(re)不(bu)銹鋼,因而在(zai)Cr-Mo系高(gao)(gao)溫(wen)鑄(zhu)鋼中使用最多。
650~750℃級(ji)、750~850℃級(ji),取壓力-溫(wen)(wen)度(du)額定(ding)值高(gao)(gao)的耐(nai)熱不(bu)銹(xiu)鋼(gang)材(cai)料(liao),選用(yong)(yong)數值最高(gao)(gao)的CF8M、316和316H做(zuo)閥門主體材(cai)料(liao)。CK-20、310和310H高(gao)(gao)Cr、Ni含量(liang)的特(te)點使其在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)工況(kuang)下比(bi)其他耐(nai)熱不(bu)銹(xiu)鋼(gang)更能(neng)抵(di)(di)抗腐(fu)蝕和氧化,同時抵(di)(di)抗高(gao)(gao)溫(wen)(wen)蠕變及抵(di)(di)抗高(gao)(gao)溫(wen)(wen)斷(duan)裂的性(xing)能(neng)也優(you)于(yu)(yu)其他耐(nai)熱不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。由(you)于(yu)(yu)材(cai)料(liao)價格高(gao)(gao),一般(ban)只(zhi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)特(te)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)殊的(de)結構(gou)設計。使用(yong)最(zui)多的(de)是高性能(neng)的(de)耐火(huo)陶(tao)瓷。在此溫度下,控制(zhi)閥(fa)門(men)的(de)溫度不(bu)僅(jin)僅(jin)靠材(cai)料,還要(yao)采(cai)用(yong)特(te)殊的(de)結構(gou)。
2. 閥門(men)內件
高溫閥門內件材(cai)料的(de)選擇要(yao)(yao)考慮(lv)材(cai)料的(de)膨(peng)脹性(xing)質(zhi),同(tong)時考慮(lv)運動部(bu)件的(de)擦傷(shang)可能。在無特別要(yao)(yao)求(qiu)工況下,材(cai)料一般(ban)選用耐腐蝕、強度高的(de)材(cai)料,像316不銹鋼(gang),并且(qie)要(yao)(yao)在表面進行堆焊處理,采(cai)用堆焊鎢鉻鉆硬質(zhi)合金(jin)或(huo)噴焊陶瓷。
3. 密(mi)封(feng)副設(she)計
閥體和密封(feng)件銜接的(de)地方,利(li)用堆焊硬質(zhi)合金來(lai)提升(sheng)密封(feng)機(ji)構(gou)(gou)的(de)硬度(du)。密封(feng)環(huan)(huan)內表面采用不(bu)銹(xiu)耐酸性(xing)鋼,型式采用外(wai)圓柱面加工(gong)環(huan)(huan)型溝槽,以便后續使用。為符合塑性(xing)變形(xing)和強(qiang)(qiang)度(du)方面的(de)要求,密封(feng)環(huan)(huan)表面相對比閥蓋(gai)和閥體工(gong)作面,硬度(du)要小。填料(liao)處結構(gou)(gou)上采用動負載結構(gou)(gou),材料(liao)采用柔性(xing)石墨增強(qiang)(qiang)填料(liao),提升(sheng)密封(feng)效果。
4. 上密封結構的設計(ji)
上(shang)(shang)密(mi)(mi)封(feng)的結構通常有(you)兩(liang)種方式(shi),整體堆焊和分(fen)體式(shi)上(shang)(shang)密(mi)(mi)封(feng)座螺(luo)紋(wen)對接(jie)(jie)。分(fen)體螺(luo)紋(wen)對接(jie)(jie),高溫下,上(shang)(shang)密(mi)(mi)封(feng)座和閥蓋(gai)兩(liang)者(zhe)材(cai)料(liao)不(bu)同,因(yin)此熱膨(peng)脹系(xi)數不(bu)同,螺(luo)紋(wen)容易出現松動。為避免上(shang)(shang)述(shu)問題(ti),一般采用點焊的做法(fa)將兩(liang)者(zhe)固(gu)定。
5. 高溫(wen)螺(luo)栓
在高溫下,螺(luo)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
高溫高壓閥(fa)門端部如選用法蘭(lan),容易泄(xie)漏,因此,工程上常用焊接。
7. 工(gong)程應(ying)用
某蒸汽管(guan)(guan)道設計溫度580℃,設計壓力(li)14.5MPa,口徑NPS20,管(guan)(guan)子選用(yong)A234-WP9,閥(fa)(fa)門主(zhu)體材料選用(yong)A217-C12A,閥(fa)(fa)門標準選用(yong)ASME B16.34。