蝶閥應該選擇什么材料才能耐高溫？

高溫蝶閥在引進國外先進技術，結合國內制造工藝開發而成的新一代高溫蝶閥。高溫蝶閥廣泛地應用于冶金、建材、化工、電站、玻璃等行業中的高溫氣體管道中，作為高溫氣體介質流時調節或切斷裝置，高溫蝶閥可與各種執行器配套使用組成不同性能設備。

目前 ,高溫蝶閥作為一種用來實現管路系統通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領域中得到極為廣泛地應用。在已公知的蝶閥技術中，其密封形式多采用密封結構，密封材料為橡膠、聚四氟乙烯等。由于結構特征的限制，適應耐高溫、高壓及耐腐蝕、抗磨損等行業?，F有一種比較先進的蝶閥是三偏心金屬硬密封蝶閥，閥體和閥座為連體構件，閥座密封表面層堆焊耐溫、耐蝕合金材料。多層軟疊式密封圈固定在閥板上，這種蝶閥與傳統蝶閥相比具有耐高溫，操作輕便，啟閉無磨擦，關閉時隨著傳動機構的力矩增大來補償密封，提高了蝶閥的密封性能及延長使用壽命的優點。

但是，這種蝶閥在使用過程中仍然存在以下問題：

一、由于多層軟硬疊式密封圈固定在閥板上，當閥板常開狀態時介質對其密封面形成正面沖刷，金屬片夾層中的軟密封帶受沖刷后，直接影響密封性能。

二、受結構條件的限制該結構不適應做通徑DN200以下閥門，原因是閥板整體結構太厚，流阻大。

三、因三偏心結構的原理，閥板的密封面與閥座之間的密封是靠傳動裝置的力矩使閥板壓向閥座。正流狀態時，介質壓力越高密封擠壓越緊。當流道介質逆流時隨著介質壓力的增大閥板與閥座之間的單位正壓力小于介質壓強時，密封開始泄漏。

高溫蝶閥為了滿足高溫的要求，必需要滿足以下幾方面的要求：

1、閥體材料

閥門設計執行標準為ASMEB16134 。按該標準中的壓力- 溫度表計算得到的閥門常溫下的壓力等級數, 就是設計基準, 并以此來計算最小壁厚。在設計過程中, 閥體材料也選ASME B16134 標準規定的材料, 并且材料的適用溫度高于閥門工況最高溫度。經過查閱了大量國內外類似工況的閥門設備材料使用情況, 結合對高溫材料的使用經驗, 選擇了性價比較高的304H 作為閥體材料。此材料可減小蠕變對材料的影響。

2、閥桿材料

根據高溫強度估算, 奧氏體鋼在704 ℃的高溫工況下, 強度降低6415 %以上, 如果采用加大閥桿直徑提高其強度的方法, 則超出閥門結構要求, 因此奧氏體鋼不適宜做閥桿材料。lnconel X - 750 在704 ℃的高溫工況時, 強度降低4113 % , 但強度值還很大(表1) 。根據屈服強度,并考慮持久強度計算得到的閥桿直徑, 符合閥門結構要求, 因此閥桿材料選用lnconel X - 750 。

3、閥體最小壁厚計算是為了保證閥門的壓力邊界完整。最小壁厚采用規則法計算, 計算標準按 ASME B16134 , 在選擇壓力- 溫度額定值時, 有2種磅級選擇法。一種是選擇標準磅級, 計算得到的最小壁厚比較大, 比較安全。另一種是選擇特殊磅級, 計算得到的最小壁厚比標準磅級小, 但無損檢測要求較嚴。根據高溫工況的設計經驗, 選擇了這二種磅級的組合形式, 即在計算最小壁厚的壓力-溫度額定值時, 選用標準磅級, 而閥體的無損檢測要求按特殊磅級。 閥門泄漏率要求為最大流量的0167 % , 當泄漏超標就會引起系統煙機不能正常停車, 從而造成重大事故。普通煙氣蝶閥閥體通道內沒有閥座, 閥瓣僅起調節煙氣介質流量的作用, 不起密封作用(圖2) 。根據性能要求, 大口徑高溫蝶閥設有閥瓣和閥座密封副, 對閥門的流通性能、密封可靠性和啟閉力矩3 個方面進行了設計研究。首先按常規蝶閥設計了密封副(圖3) , 此形式密封可靠, 雖然閥瓣旋轉中心與密封面存在偏心力矩, 使啟閉力矩增大, 但經過計算, 力矩也在可以接受的范圍之內。此結構的缺點是流通性能差, 不能滿足全開截面積的設計要求。經過反復設計、修改和計算, 完成了對開式閥座密封副設計 , 該閥座是2個半圓閥座, 它們前后錯開與閥瓣呈對稱式分布,使得閥瓣能夠設計成對稱式流線型結構, 使閥門具有良好的流通性能, 從而滿足了全開截面積要求和全開Cv 值要求。由于閥瓣結構對稱, 所以啟閉力矩較小。雖然其密封面某一處可能有泄漏現象, 但只要合理控制閥瓣和閥座的尺寸精度、形位公差和二者之間的裝配誤差, 就能有效控制泄漏率在合格范圍之內。

4、高溫填料填料選用柔性石墨。其在空氣中氧化溫度為450 ℃, 并在此溫度下每24h 后質量減輕1 %。溫度越高, 質量減輕得越多, 氧化現象越嚴重。柔性石墨填料最高使用溫度為650 ℃, 且僅用于非氧化介質?？紤]到填料在填料函內處于壓緊密封狀態,只有一部分與空氣接觸, 有資料介紹處于這種狀態的填料使用溫度可達816 ℃。

高溫蝶閥的研制, 主要是解決閥體主體材料的選用、蝶閥密封副結構及閥桿密封結 構的設計等問題, 并通過試驗選取了超高溫填料,為石化行業催化裂化裝置系統用閥門的設計和制造。

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