這里講述的高溫閥門(mén)指使用工況溫度超過(guò)450℃的閥門(mén)。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(mén)的主體材料的選用


  425~550℃級,取壓力-溫度額定值高的高溫鋼,優(yōu)選鑄鋼WC9,其次是鑄鋼WC6,但兩者缺點(diǎn)是Cr含量較低,不具備抗硫腐蝕的性能。C5具備一定的抗氧化、抗硫和氫腐蝕的特性,缺點(diǎn)是成本高。425~550℃級、550~650℃級,如果選壓力-溫度額定值高的耐熱不銹鋼材料321和321H,其對應的鑄造合金牌號分別為CF8Ti、CF10Ti,因含Ti則會(huì )產(chǎn)生碳硫化鈦夾雜物,降低了塑性、沖擊韌性,并且抵抗腐蝕能力下降,鑄造性難度大,因此CF8、304、304H型耐熱不銹鋼是常用選擇。425~550℃級介質(zhì)無(wú)腐蝕工況下,例如水、蒸汽等介質(zhì),可選用WC6和WC9,由于C5的特點(diǎn)及其成本低于高鉻鎳的耐熱不銹鋼,因而在Cr-Mo系高溫鑄鋼中使用最多。


  650~750℃級、750~850℃級,取壓力-溫度額定值高的耐熱不銹鋼材料,選用數值最高的CF8M、316和316H做閥門(mén)主體材料。CK-20、310和310H高Cr、Ni含量的特點(diǎn)使其在高溫工況下比其他耐熱不銹鋼更能抵抗腐蝕和氧化,同時(shí)抵抗高溫蠕變及抵抗高溫斷裂的性能也優(yōu)于其他耐熱不銹鋼。由于材料價(jià)格高,一般只用于特殊場(chǎng)合。


  >850℃級,必須應用增加隔熱襯里或通介質(zhì)冷卻等特殊的結構設計。使用最多的是高性能的耐火陶瓷。在此溫度下,控制閥門(mén)的溫度不僅僅靠材料,還要采用特殊的結構。


2. 閥門(mén)內件


  高溫閥門(mén)內件材料的選擇要考慮材料的膨脹性質(zhì),同時(shí)考慮運動(dòng)部件的擦傷可能。在無(wú)特別要求工況下,材料一般選用耐腐蝕、強度高的材料,像316不銹鋼,并且要在表面進(jìn)行堆焊處理,采用堆焊鎢鉻鉆硬質(zhì)合金或噴焊陶瓷。


3. 密封副設計


  閥體和密封件銜接的地方,利用堆焊硬質(zhì)合金來(lái)提升密封機構的硬度。密封環(huán)內表面采用不銹耐酸性鋼,型式采用外圓柱面加工環(huán)型溝槽,以便后續使用。為符合塑性變形和強度方面的要求,密封環(huán)表面相對比閥蓋和閥體工作面,硬度要小。填料處結構上采用動(dòng)負載結構,材料采用柔性石墨增強填料,提升密封效果。


4. 上密封結構的設計


  上密封的結構通常有兩種方式,整體堆焊和分體式上密封座螺紋對接。分體螺紋對接,高溫下,上密封座和閥蓋兩者材料不同,因此熱膨脹系數不同,螺紋容易出現松動(dòng)。為避免上述問(wèn)題,一般采用點(diǎn)焊的做法將兩者固定。


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(wèn)題出現。


6. 法蘭端部


  高溫高壓閥門(mén)端部如選用法蘭,容易泄漏,因此,工程上常用焊接。


7. 工程應用


  某蒸汽管道設計溫度580℃,設計壓力14.5MPa,口徑NPS20,管子選用A234-WP9,閥門(mén)主體材料選用A217-C12A,閥門(mén)標準選用ASME B16.34。




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