这里讲述的高温阀门指使用工况温度超过450℃的阀门。根据工作温度,分为:425~550℃级,550~650℃级,650~750℃级,750~850℃级,>850℃级。


1. 高温阀门的主体材料的选用


  425~550℃级,取压力-温度额定值高的高温钢,优选铸钢WC9,其次是铸钢WC6,但两者缺点是Cr含量较低,不具备抗硫腐蚀的性能。C5具备一定的抗氧化、抗硫和氢腐蚀的特性,缺点是成本高。425~550℃级、550~650℃级,如果选压力-温度额定值高的耐热不锈钢材料321和321H,其对应的铸造合金牌号分别为CF8Ti、CF10Ti,因含Ti则会产生碳硫化钛夹杂物,降低了塑性、冲击韧性,并且抵抗腐蚀能力下降,铸造性难度大,因此CF8、304、304H型耐热不锈钢是常用选择。425~550℃级介质无腐蚀工况下,例如水、蒸汽等介质,可选用WC6和WC9,由于C5的特点及其成本低于高铬镍的耐热不锈钢,因而在Cr-Mo系高温铸钢中使用最多。


  650~750℃级、750~850℃级,取压力-温度额定值高的耐热不锈钢材料,选用数值最高的CF8M、316和316H做阀门主体材料。CK-20、310和310H高Cr、Ni含量的特点使其在高温工况下比其他耐热不锈钢更能抵抗腐蚀和氧化,同时抵抗高温蠕变及抵抗高温断裂的性能也优于其他耐热不锈钢。由于材料价格高,一般只用于特殊场合。


  >850℃级,必须应用增加隔热衬里或通介质冷却等特殊的结构设计。使用最多的是高性能的耐火陶瓷。在此温度下,控制阀门的温度不仅仅靠材料,还要采用特殊的结构。


2. 阀门内件


  高温阀门内件材料的选择要考虑材料的膨胀性质,同时考虑运动部件的擦伤可能。在无特别要求工况下,材料一般选用耐腐蚀、强度高的材料,像316不锈钢,并且要在表面进行堆焊处理,采用堆焊钨铬钻硬质合金或喷焊陶瓷。


3. 密封副设计


  阀体和密封件衔接的地方,利用堆焊硬质合金来提升密封机构的硬度。密封环内表面采用不锈耐酸性钢,型式采用外圆柱面加工环型沟槽,以便后续使用。为符合塑性变形和强度方面的要求,密封环表面相对比阀盖和阀体工作面,硬度要小。填料处结构上采用动负载结构,材料采用柔性石墨增强填料,提升密封效果。


4. 上密封结构的设计


  上密封的结构通常有两种方式,整体堆焊和分体式上密封座螺纹对接。分体螺纹对接,高温下,上密封座和阀盖两者材料不同,因此热膨胀系数不同,螺纹容易出现松动。为避免上述问题,一般采用点焊的做法将两者固定。


5. 高温螺栓


  在高温下,螺栓紧固件容易出现应力松弛或螺栓咬死。结构上,采用粗牙螺纹,并合理加大中径间隙可有效避免问题出现。


6. 法兰端部


  高温高压阀门端部如选用法兰,容易泄漏,因此,工程上常用焊接。


7. 工程应用


  某蒸汽管道设计温度580℃,设计压力14.5MPa,口径NPS20,管子选用A234-WP9,阀门主体材料选用A217-C12A,阀门标准选用ASME B16.34。




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