耐高溫硬密封球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、耐高溫硬密封球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述
　　之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型石化工程項(xiàng)目的增多，越來越多的耐高溫硬密封球閥作為一種控制及截?cái)喙苈废到y(tǒng)的啟閉件普遍應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、冶金及水電領(lǐng)域中。相對(duì)于軟密封(密封材料為聚四氟乙烯、橡膠等塑料)球閥而言，硬密封球閥的密封材料及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都能更好的適用于耐高溫的領(lǐng)域中。本文將就耐高溫硬密封球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各零部件的材料選用進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。確定閥門材料的工作溫度和極限溫度時(shí)需要考慮的性能是：抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和高溫時(shí)效。其他因素是：抗氧化性、熱處理溫度和抗磨損性。設(shè)計(jì)原則包括：當(dāng)材料的熱膨脹率不同時(shí)，運(yùn)動(dòng)零件和配合件(松配合)的間隙，以及與溫度、負(fù)荷、接觸程度(如關(guān)閉或振動(dòng)引起的重要沖擊)都和材料擦傷有關(guān)。還要考慮到熱循環(huán)對(duì)閥門密封、閥座墊片密封及導(dǎo)向套的松動(dòng)的影響。

上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,硬密封球閥是指球閥密封副（即閥座密封面與球體密封面）材料配對(duì)為金屬對(duì)金屬的球閥。硬密封球閥，手動(dòng)鑄鋼硬密封球閥體表面采用的噴涂技術(shù)，通過對(duì)各種不同工況條件的處理，硬度可達(dá)HRC78。閥座密封面的處理，硬度可達(dá)HRC72。球體和閥座進(jìn)行配對(duì)研磨，球閥整個(gè)密封面的所有密封區(qū)域均經(jīng)過精密研磨。適合于高溫高壓的水、蒸汽、石油、煤炭、纖維、稠性和腐蝕性介質(zhì)，以及帶顆粒的介質(zhì)。金屬密封球閥有浮動(dòng)球和固定球兩種結(jié)構(gòu)金屬閥座環(huán)與球面接觸，通過作用在閥座環(huán)上均勻的彈簧負(fù)荷使閥座環(huán)與球面形成密封。由于彈簧負(fù)荷的作用使輔助密封膨脹，實(shí)現(xiàn)閥體與閥座之間的密封.彈簧的載荷足以提供閥座與球體間可靠密封,在低壓條件下，可以在閥座密封面與球體之間設(shè)計(jì)有密封脂注入系統(tǒng)。

【球閥的優(yōu)點(diǎn)】
1．球閥流體阻力小，球閥阻力系數(shù)與同長(zhǎng)度的管段相等。
2．球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕。高平臺(tái)球閥按其通道位置可分為直通式，三通式和直角式。
3．緊密可靠，目前球閥的密封面材料廣泛使用塑料、密封性好，在真空系統(tǒng)中也已廣泛使用。
4．操作方便，開閉迅速，球閥從全開到全關(guān)只要旋轉(zhuǎn)90°，便于遠(yuǎn)距離的控制。
5．維修方便，球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封圈一般都是活動(dòng)的，拆卸更換都比較方便。
6．在全開或全閉時(shí)，球閥的球體和閥座的密封面與介質(zhì)隔離，介質(zhì)通過時(shí)，不會(huì)引起閥門密封面的侵蝕。
7．球閥適用范圍廣，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空至高壓力都可應(yīng)用。球旋轉(zhuǎn)90度時(shí)，在進(jìn)、出口處應(yīng)全部呈現(xiàn)球面，從而截?cái)嗔鲃?dòng)。
2、閥門殼體材料的選用
　　(1)高溫鋼鑄件：高溫工況下閥門主體材料材料一般選用奧氏體不銹鋼和高溫鉻鉬鋼。較為常用的為幾個(gè)牌號(hào)為ASTMA217中的WC9和C5。WC9廣泛應(yīng)用于熱力和電力系統(tǒng)等介質(zhì)為水和蒸氣的高溫高壓狀態(tài)中。C5適用于含硫石油介質(zhì)中，同時(shí)還具有抗氫腐蝕能力，因此廣泛應(yīng)用于石油煉制及乙烯生產(chǎn)含硫介質(zhì)的高溫中。ASTMA351中的CF8和CF3常用于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的閥門中。上述材料規(guī)定的一般工作溫度為WC9≤593℃，C5≤593℃，CF3≤427℃，CF8≤537℃。奧氏體不銹鋼和高溫鉻鉬鋼相比較而言，奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能強(qiáng)于高溫鉻鉬鋼，但高溫鉻鉬鋼的耐高溫性能高于奧氏體不銹鋼，并且兩者的價(jià)格也有一定的差距，在選用閥門主體材料時(shí)，認(rèn)為應(yīng)根據(jù)閥門實(shí)際的使用工況條件來決定。

　　(2)高溫鋼鍛件：上應(yīng)用于閥門主體材料高溫鉻鉬鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)有代表性的應(yīng)為ASTMA182/A182M中的低合金鋼種。其中的F11.2級(jí)和F11.3級(jí)、F22.1級(jí)和F22.3級(jí)、F5和F分別為常用鑄件WC6、WC9和C5的變形合金。

3、耐高溫硬密封球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密封材料的選用及結(jié)構(gòu)
　　3.1、閥座材料
　　設(shè)計(jì)高溫球閥的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：1、正確選用合適于高溫下使用的密封材料;2、如何補(bǔ)償閥門在使用過程中因?yàn)槭褂脺囟葘?duì)閥門各零部件的溫差變形的影響。
　　球閥的使用溫度通常取決于閥座材料的耐高溫性能。按閥座材料的不同，高溫球閥可分為金屬對(duì)金屬(硬密封)及金屬對(duì)非金屬(軟密封)兩類密封結(jié)構(gòu)。它們的共同點(diǎn)是球體和閥體都是用耐高溫的金屬材料制造，所不同者，前者閥座為金屬或耐熱合金(如鈷鉻鎢硬質(zhì)合金等)制造，后者閥座材料采用非金屬材料如對(duì)位聚苯(PPL)、柔性石墨和碳素纖維等制造。閥座材料采用非金屬材料采用PTFE或NYLON材料制造，其使用溫度為≤200℃，采用PPL使用溫度可達(dá)到300℃。金屬對(duì)金屬密封結(jié)構(gòu)(硬密封)球閥的優(yōu)點(diǎn)是：適用溫度范圍更廣，耐高溫可達(dá)600℃甚至更高。各種金屬材料的熱膨脹系數(shù)相差不大，只要選用得當(dāng)，可以達(dá)到基本一致，有利于協(xié)調(diào)溫差變形。缺點(diǎn)是金屬材料硬度高，達(dá)到密封所必須的比壓亦高，在通徑較小和壓力較低場(chǎng)合，難以靠流體壓力達(dá)到密封，即使是采用預(yù)緊力達(dá)到密封，但因密封比壓大，閥座和球體之間的磨損必然很大，而且金屬與金屬的摩擦系數(shù)比較大，球閥的啟、閉轉(zhuǎn)矩亦大。
　　3.2、閥座的結(jié)構(gòu)
　　彈性密封結(jié)構(gòu)的高溫球閥，由于各種彈性閥座和彈性球體的密封性能可靠，彈性補(bǔ)償能力強(qiáng)，適用溫度范圍廣，而且對(duì)浮動(dòng)球和固定球球閥都適用，因此，在高溫球閥上得到廣泛應(yīng)用。

金屬對(duì)金屬?gòu)椥悦芊忾y座結(jié)構(gòu)
　　由于施加于閥座墊片上的負(fù)荷必須超過墊片的屈服極限才能密封，而惡劣的熱循環(huán)又會(huì)進(jìn)一步引起墊片的蠕變和滲漏，因此，在高壓熱循環(huán)狀態(tài)時(shí)，是避免采用閥座墊片的型式。閥座密封采用柔性石墨環(huán)，柔性石墨有*的耐壓性、柔韌性、可塑性和自潤(rùn)滑性;并且能夠很好的適用于各種抗高、低溫的工況條件中。采用石墨的密封結(jié)構(gòu)同樣應(yīng)用與閥桿密封結(jié)構(gòu)。
　　彈簧作為彈性密封閥座結(jié)構(gòu)的主要零部件，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
　　(1)高溫會(huì)降低彈簧的回火性能，(或降低硬度)減少?gòu)椥阅Ａ?，引起使用?fù)荷和彈性極限的降低，并使腐蝕增加和彈簧終的失效。因此，彈簧材料應(yīng)使用耐腐蝕材料或鎳基合金。
　　(2)在介質(zhì)為煤漿等含顆粒雜質(zhì)較多的情況下，螺旋彈簧容易因?yàn)轭w粒雜質(zhì)較多的原因而導(dǎo)致失效，因此在此情況下應(yīng)選用平板彈簧。
　　3.3、法蘭密封墊片
　　根據(jù)工藝，金屬纏繞件可使用316不銹鋼或INCONEL合金鋼等半金屬墊片比非金屬墊片承受的溫度壓力范圍較廣。所以墊片材料常選用304/316+填充纏繞式墊片。
　　耐高溫纏繞式墊片在以前所采用的填充料是石棉板。但是由于石棉材料所引起的有爭(zhēng)議的健康問題，現(xiàn)在許多閥門制造商不將它作為的填充料選擇方案。所以石墨纏繞式墊片成為了在高溫工況下使用為廣泛的填充料，使用在不銹鋼、碳鋼和鉻鉬鋼等操作工況非?？量痰拈y門上。

4、耐高溫硬密封球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閥門的試驗(yàn)
　　耐高溫閥門的試驗(yàn)除了按常溫下通用閥門試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)行閥門在高溫狀態(tài)下(特定高溫性能試驗(yàn)裝置)的各項(xiàng)性能試驗(yàn)和操作性能試驗(yàn)。
5、結(jié)束語(yǔ)
　　高溫球閥相對(duì)一般的常溫球閥而言，對(duì)閥門的材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工精度的要求都*。完善的質(zhì)量保證體系和過程控制，才能生產(chǎn)出一臺(tái)*符合性能的球閥產(chǎn)品。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組?