超高温阀门材质选型 超高温阀门材质选型 超高温阀 特高温阀门 耐高温阀门 高温阀门

之前介绍黄铜带表消声91视频看看簧色使用注意事项，现在介绍超高温阀门材质选型材料的性质，考虑用于确定高的操作和峰值温度极限是：张力、屈服限、蠕变和断裂（800°F以上）、热硬度、冲击强度和老化。其他应考虑的因素是：抗锈蚀、热处理温度及塑性变形。结构考虑包括：与各种材料不同的热膨胀系数有关的可动零件的间隙和紧固零件（松动）与温度、负荷和接触程度如从关闭或振动的反复冲击等有关的材料综合塑性变形。也要考虑温度的循环变化对阀门的密封垫、阀座垫片密封及导向衬套松动的影响。

材料

在高温下，屈服限、张力和抗压强度降低了；在800°F以上，蠕变和断裂成为应考虑的因素。在高温下使用，阀内件经受一个初始的弹性变形，并在承受荷载下连续地变形或随时间而“蠕变”。塑变发生于应力低于给定温度时的屈服强度。这点可利用来装填固定阀杆阀芯和压紧阀座、阀杆及阀芯。把套筒或阀内件固定在应有的位置也简化为压紧装填。设计零件，应力选取低一些就不会发生蠕变，但零件的重量大，而且不经济。所以，设计人员应当知道材料的蠕变率，必须选取一个应力，使总的蠕变在正常使用寿命的范围内不扩展到断裂区或允许变形而不影响可动零件。

热硬度是必需的，防止损伤阀座的密封表面，并防止塑变。老化及随之而来的物理性质变化如韧性、颗粒大小等必须考虑。耐锈蚀是表示材料抗氧化的能力，在温度的循环变化时无重复锈蚀或表面分层剥落而暴露出新的金属。选择高的温度极限，必须有一个缓冲区，以防止金属硬度的变化，当使用条件达到或超过热处理温度时，将使阀芯、阀座接合面及耐磨损的表面退火。

在高温阀门设计中，必须仔细地考虑零部件的不同的热膨胀。当热流体进入一个冷的阀门时，包围着阀芯，很快就使它达到管线的温度，而阀芯的热损失受到截面较小的阀杆和（或）导向杆热传导的限制。阀座环的质量很小，和阀芯一样快地受到如热，但热量从一开始就通过阀体中的桥形壁传热。由于阀体的线性热膨胀系数往往小于阀座，它的作用相当于一个约束部件，限制阀座在径向的膨胀。阀芯杆和导向衬套也同样受到影响。这些工作条件会减小所设计的标准阀门的工作间隙，所以，当所制造的阀门是在高温下使用时，标准阀门的室温间隙应当增加。这样，在高的工作温度下，间隙差不多接近于正常的。阀芯杆在导向衬套中的紧配合要比阀芯的圆柱部分与阀座孔的间隙做的更紧一些，藉以防止塑性变形和摩擦。当导向间隙增加时，阀芯与阀座孔的间隙也必须增加。在常温下使用或进行流量测试时，这种结构对降低可调范围或低流量的控制是有影响的。

双座阀有些问题，因为阀芯在两个阀座接合面之间的线性膨胀可能超过阀体的膨胀。而阀座环是固定在阀体上的。在平衡式的套筒阀中可以避免发生这个问题，它使用两种不同的金属材料，阀芯和套筒是用同样的材料制造的，阀座是用另一种材料做成的。

下面给出一个口径为2英寸的双座阀的例子：

全负荷流通口的阀座，相距高度为3英寸

阀芯材料为316不锈钢，线性膨胀系数为10.3x10-6英寸/英寸/oF

阀体材料为碳钢，线性膨胀系数6.3x10-6英寸/英寸/oF

线性膨胀系数之差为4x10-6英寸/英寸/oF

在70oF下阀芯同时装入两个阀座

在270oF时，ΔT=200oF

（200oF）x（4x10-6英寸/英寸/oF）（3英寸）= 0.0025英寸的膨胀差

这样就带来了下阀芯在阀座上，温度270°F，而上阀芯将离开它的阀座0.0025英寸，这将出现一个大的泄漏量。为了克服上述的问题，高质量阀门的阀芯往往采用和阀体相同的合金钢来制造，阀座接合面经表面硬化处理。温度的循环变化引起了阀座环和导向衬套松动，所以必须分别进行密封焊或定位搭焊。对于*的温度，在大口径的阀门中，较好的办法是直接利用阀体中经表面硬化的桥形壁做为阀座，这叫做整体阀座。由于阀座的垫片必须超载承担密封，恶劣的温度循环变化会引起蠕变和泄漏，所以在高温高压的使用条件下不用垫片。

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450°F以上   - 上阀盖延伸，要求较长的阀杆来维持填料冷却

600°F以上   - 间隙必须增大，阀芯和阀座的密封部分须经表面硬化处理

750°F以上  - 所有螺纹连接的阀座环将引起泄漏和切去根部，所以必须密封焊，以防止松动

900°F以上  - 所有导向衬套，阀芯导向和导向杆须经表面硬化处理。全部的导向衬套必须定位搭焊

l050°F以上  - 表面硬化，必须使用整体的阀座接合面

附带的考虑是配件，由于热膨胀不同易遭受增高的压缩应力和蠕变，给上阀盖的螺栓增添负担。这包括由阀体桥形壁和上阀盖固定的套筒式阀内件。用于温度周期性变化的阀座接合面结构

图1 用于温度周期性变化的柔性阀座

柔性阀座唇部结构如图29中所示，允许用于零件的膨胀率变化、应变引起的不圆及多次关闭引起的阀座磨损。这种结构已经证明可以满意地用于：91视频黄色网脱湿，60~600°F，8次/天，压降40磅/英寸2；液态钠使用在300~1200°F，压降50磅/英寸2。

图2 表面硬化材料的热硬度

图2是表面硬化材料，钨铬钴硬质合金和铬硼系合金热硬度的一个比较。列出400系列不锈钢硬化的阀内件材料是为了参考，注意400系列不锈钢在700°F以上时很快就软化了。

下列是高温对316不锈钢阀内件基本材料的物理性质的影响：

   物理性质         70°F     1200°F

   抗拉强度极限    85ksi①    56ksi

   屈服限          38.5       20ksi

   蠕变（在100，000小时或11年内为1%）（见②）     6ksi

   断裂（在100，000小时）     （见②）           12~16ksi     塑变

塑变是和温度、配用的材料、表面光洁度、硬度和荷载有关的，并受管线中流体的影响。一种金属表面将被其他材料擦伤、连结在一起和（或）滚成球形，从而：（1）卡住阀门行程；（2）损坏阀座接合面；或（3）增加操作力，引起阀芯的定位不稳定。高温使金属退火或软化，增加它们的塑变趋势。

管线内的流体中，如果夹带较大的颗粒，有时会把软的阀内件磨的粗糙不平，产生蠕变。振动冲击可能形成一个“振动磨损”的条件，引起导向支承表面损坏乃至*磨损。

液态金属，如钠和钾，从金属表面清除氧化的保护膜是相当有效的，使用温度在400°F或以上时这种磨损是一个严重的问题。对于这种类型的使用场合（例如在核电站的换热器上应用），材料必须仔细选择，负荷必须保持在低水平。

金属表面的摩擦损伤可以用下述方法来防止：

1）零件采用硬质材料，即用的材料制成；

2）选用低塑变趋势的配对材料（见下面给出的表）；

3）对于两种零件采用不同的材料而不是相同的材料；

4）在材料的硬度上保证有5~10Rc的硬度差；

5）规定一个要求的光洁度和表面硬度，或者特殊的覆盖层；

6）设计一个合理的荷载；

7）设计一个适当的操作间隙；

8）在低荷载及带润滑剂下进行试运转。

下述的金属配对具有低塑变的趋势

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