凱泰閥門(mén)分析現(xiàn)代煤化工對(duì)閥門(mén)產(chǎn)品的四大技術(shù)要求
一、煤化工行業(yè)對(duì)閥門(mén)材料要求如下：
直接液化也叫加氫液化。在加氫過(guò)程中，其閥門(mén)、管道及相關(guān)設(shè)備處于高溫高壓氫氣中，氫損傷就是一個(gè)很大的問(wèn)題。高溫高壓硫化氫與氫共存時(shí)的腐蝕也很嚴(yán)重。正因?yàn)槿绱耍瑸榭垢邷亓蚧瘹涞母g通常閥門(mén)材料會(huì)選用奧氏體不銹鋼。這樣又有可能出現(xiàn)不銹鋼的氫脆、奧氏體不銹鋼的硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及堆焊層氫致剝離現(xiàn)象等損傷。另外還有Cr-Mo 鋼的回火脆性破壞的問(wèn)題。而且，物流中存在的氨和硫化氫等腐蝕介質(zhì)可能引起的損傷等也是必須加以慎重考慮的。由于煤直接液化反應(yīng)中有油煤漿的存在，煤漿對(duì)閥門(mén)、管道等設(shè)備材料的磨損問(wèn)題必須要進(jìn)行考慮。因此要求用于制造閥門(mén)的材料要具有符合使用要求的綜合性能。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)該具有：
(1) 作為描述材料內(nèi)質(zhì)特性的致密性、純潔性和均質(zhì)性性能要優(yōu)越，這對(duì)于厚( 或大斷面) 鋼材尤為重要。
(2) 要具備滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的化學(xué)成分、室溫和高溫力學(xué)性能的要求。
(3) 要具有能夠在苛刻環(huán)境下長(zhǎng)期使用的抗環(huán)境脆化性能。
在閥門(mén)招標(biāo)文件中對(duì)于閥門(mén)的致密度有明確的要求，對(duì)于鍛造閥門(mén)，一般會(huì)通過(guò)對(duì)鍛件的鍛造比、晶粒度等要求，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制致密度的要求。但是，對(duì)于鑄造閥門(mén)，只是在相關(guān)的技術(shù)文件中，提到應(yīng)使鑄件體致密度均勻，消除鑄件的縮孔與縮松，少有見(jiàn)到量化指標(biāo)。其實(shí)恰恰是鑄造閥門(mén)，往往因?yàn)閷?duì)鑄造工藝的質(zhì)量控制不同，造成閥門(mén)鑄件的質(zhì)量差別很大，主要影響因素有：成型材料的選擇不同，澆冒口的設(shè)置不同，冷鐵位置與數(shù)量的選擇不同，凝固順序的差異，以及冷卻時(shí)間的不同等，都會(huì)導(dǎo)致其致密度、均質(zhì)性性能差別很大。后續(xù)的熱處理工藝也是閥門(mén)質(zhì)量保證的非常關(guān)鍵的步驟之一，熱處理爐的溫控、鑄件在熱處理爐中的碼放、保溫時(shí)間及冷卻方式與速度等因素都會(huì)影響最終閥門(mén)鑄件的機(jī)械性能。
二、煤化工行業(yè)對(duì)閥門(mén)工藝要求如下：
煤直接液化既有加氫裝置高溫、高壓、臨氫的特性，又有煤化工腐蝕磨損工況并存的特點(diǎn)，因此，原材料的來(lái)源非常關(guān)鍵，目前，還沒(méi)有找到一個(gè)行之有效的方法來(lái)控制原材料的選用，一般來(lái)講，對(duì)閥門(mén)材質(zhì)的成分尤其是有害元素含量，如S、P、O、N 及總碳當(dāng)量等，提出相應(yīng)的明確的指標(biāo)要求，雖然這種要求往往高于材料的基本普通要求，但是，對(duì)于最終產(chǎn)品質(zhì)量，僅靠這些成分指標(biāo)還是不夠的，因?yàn)橛绊懺牧蠙C(jī)械性能的微量元素遠(yuǎn)不止這些。嚴(yán)格的講，我們的要求僅是對(duì)常見(jiàn)的危害材料機(jī)械性能的微量元素予以控制，并沒(méi)有也不可能完全將所有可能出現(xiàn)的對(duì)金屬材料機(jī)械性能有害元素成分全部羅列出來(lái)。因此，鑄造廠應(yīng)該嚴(yán)格控制原料來(lái)源，對(duì)于所加工的原料不僅應(yīng)該進(jìn)行熔煉，還應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)行精煉，特別是加強(qiáng)爐前控制，只有這樣才有可能保證鑄件質(zhì)量。
在保證原材料質(zhì)量的前提下，針對(duì)該類裝置還有一些特殊的要求：
(1) 對(duì)于現(xiàn)代煤化工裝置的鑄造閥門(mén)不能采用精密鑄造工藝。因?yàn)槊阂夯词羌託淞鸦に嚕捎跉浞肿訉?duì)金屬材料特殊的穿透性，而精密鑄造出來(lái)的鑄件比較疏松，均勻性也較差，因此，對(duì)于臨氫工況和高溫高壓工況都不適宜采用精密鑄造工藝取得閥門(mén)鑄件；
(2) 奧氏體不銹鋼要進(jìn)行固溶化熱處理( 固溶化熱處理溫度為1050 ± 10℃) ，對(duì)于321 和347材料，還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理( 穩(wěn)定化溫度為900± 10℃)；
(3) 熱處理爐不應(yīng)采用燃煤加熱爐，應(yīng)采用電加熱爐或者是天然氣加熱爐，鑄件在加熱爐內(nèi)碼放應(yīng)利于爐內(nèi)氣流循環(huán)。由于煤加熱爐會(huì)加大爐體各部位的溫差，因此，不能采用燃煤加熱爐；
(4) 鑄件試棒的選取應(yīng)為聯(lián)體試件。“分體”試棒無(wú)論是澆鑄過(guò)程還是熱處理過(guò)程都無(wú)法真正代表鑄件本身的特性，與鑄件本身實(shí)際的機(jī)械性能存在較大的誤差，因此，不能采用“分體”試棒檢驗(yàn)；
(5) 所有閥門(mén)必須對(duì)鑄件進(jìn)行射線檢查，檢查的范圍包括閥體、密封元件、閥蓋，鑄鋼件在凝固過(guò)程中易產(chǎn)生缺陷，尤其對(duì)于鑄鋼件的關(guān)鍵部位、應(yīng)力集中區(qū)域、承壓能力薄弱的部位等，應(yīng)特別加以關(guān)注。對(duì)于碳鋼、合金鋼鑄造閥門(mén)，應(yīng)逐件進(jìn)行磁粉或液體滲透檢查。檢查范圍： 閥體、閥蓋和密封元件的外表面及可觸及的內(nèi)表面和閥桿。對(duì)于不銹鋼鑄造閥門(mén)，應(yīng)逐件進(jìn)行液體滲透檢查。檢查范圍： 閥體、閥蓋和密封件的外表面及可觸及的內(nèi)表面和閥桿；
(6) 每個(gè)承壓鑄件的所有補(bǔ)焊面積總和應(yīng)不超過(guò)鑄件的表面積的10%；每個(gè)承壓鑄件的重大補(bǔ)焊數(shù)量，DN50～DN100 不超過(guò)1個(gè)；DN150 ～DN250 不超過(guò)2 個(gè)；DN300 ～DN350 不超過(guò)3 個(gè)。
上述鑄造缺陷的補(bǔ)焊應(yīng)在最終熱處理之前進(jìn)行；當(dāng)在射線探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)有缺陷，且屬于可補(bǔ)焊修復(fù)的，允許進(jìn)行1 次補(bǔ)焊。補(bǔ)焊后應(yīng)重新拍片檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后該鑄件必須重新進(jìn)行熱處理。補(bǔ)焊應(yīng)具備焊接規(guī)程及工藝鑒定證書(shū)，填充金屬的物理、化學(xué)性能及耐腐蝕性均應(yīng)與母體金屬接近。所有受壓組件的缺陷最終熱處理之后，均不允許通過(guò)焊補(bǔ)進(jìn)行修理。
要具有能夠在苛刻環(huán)境下長(zhǎng)期使用的抗環(huán)境脆化性能
對(duì)于操作在高溫高壓氫環(huán)境下的閥門(mén)，在操作狀態(tài)下，閥門(mén)內(nèi)壁中會(huì)吸收一定量的氫。在停工的過(guò)程中，若冷卻速度太快，使吸附的氫來(lái)不及擴(kuò)散出來(lái)，造成過(guò)飽和氫殘留在器壁內(nèi)，就可能在溫度低于150℃時(shí)引起亞臨界裂紋擴(kuò)展，給閥門(mén)的安全使用帶來(lái)威脅。閥門(mén)制造廠在閥門(mén)焊接時(shí)需要注意控制TP347 中δ 鐵素體含量，焊態(tài)時(shí)最大值以10%為宜( 為防止焊接中產(chǎn)生熱裂紋，下限可控制不低于3% ) ，以避免含量過(guò)多時(shí)在焊后最終熱處理過(guò)程發(fā)生較多的相變，而產(chǎn)生脆性。
三、閥門(mén)結(jié)構(gòu)要求
閥門(mén)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)避免煤漿結(jié)焦使閥門(mén)失效并方便清洗。油煤漿有一個(gè)特點(diǎn)：如果流通不暢或者靜止不動(dòng)，也就是介質(zhì)的流況不好，將會(huì)沉積并有可能發(fā)生聚合反應(yīng)，從而出現(xiàn)結(jié)焦并使閥門(mén)抱死。目前在直接液化煤漿管道上使用的切斷閥門(mén)全部是球閥，當(dāng)操作需要切斷管道將球閥關(guān)閉時(shí)，閥球內(nèi)部的油煤漿因?yàn)闊o(wú)法排出，沉積在球腔內(nèi)，就有可能結(jié)焦抱死。當(dāng)球閥關(guān)閉后，煤漿因?yàn)槌练e結(jié)焦而致閥球無(wú)法再次打并將球閥的耐磨層毀損剝落。所以，其實(shí)在此工況下選用球閥并不是最合適的選擇。
四、閥門(mén)耐磨要求
漿料工況下使用的球閥應(yīng)采用金屬硬密封形式，且閥座與球的材質(zhì)相同，確保兩者有相同的膨脹系數(shù)，在高溫的條件下不會(huì)出現(xiàn)球體‘卡死’的現(xiàn)象。由于閥門(mén)的很多使用工況是在高溫高壓下的，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，有些閥門(mén)在常溫下測(cè)試沒(méi)有問(wèn)題，但是在高溫工況下發(fā)生啟閉操作困難，究其原因是閥芯與閥體之間產(chǎn)生不同步熱脹造成的。所以，生產(chǎn)廠在出廠前應(yīng)做高溫啟閉試驗(yàn)。但高溫啟閉試驗(yàn)絕不是將整個(gè)閥門(mén)投入熱源中，使閥門(mén)整個(gè)溫度升高，這樣所得到的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際情況是不符合的。因?yàn)椋谡嬲褂眠^(guò)程中，閥門(mén)是因介質(zhì)溫度高而升溫的，此時(shí)是閥芯先熱而閥體外表面隨后慢熱起來(lái)，如果將整個(gè)閥門(mén)投入熱源中，則閥體先熱而閥芯后熱，與實(shí)際工況正好相反，起不到測(cè)試的目的。高溫啟閉試驗(yàn)應(yīng)建立與實(shí)踐工況相一致的溫度梯度。
涂層與基本材質(zhì)的膨脹率應(yīng)相近。否則，在高溫和常溫交變過(guò)程或者高溫下，易產(chǎn)生龜裂，從而更易使涂層剝落。對(duì)超音速噴涂(HVOF) 或類似的方法，涂層表面硬度為64～68HRC，結(jié)合強(qiáng)度不小于10MPa；對(duì)冶金熔合或類似的方法，涂層表面硬度為62 ～68HRC，結(jié)合強(qiáng)度不小于70 MPa。涂層的有效厚度(不包括過(guò)渡層) 為0.2 ～0.5mm。閥座應(yīng)采用刮刀式設(shè)計(jì)。在球體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可提供一個(gè)掛刷的動(dòng)作，防止閥球與閥座間的顆粒沉積。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意，利用刮刀可以將球體與閥座間的顆粒掛刷掉，但是，這種刮刀設(shè)計(jì)在有的工況下會(huì)帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題： 因?yàn)楦綆Я斯蔚对O(shè)計(jì)，在刮刀處形成了一個(gè)銳角，而這種銳角勢(shì)必產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，更加不利于涂層與基材之間的結(jié)合，在磨蝕工況下，更易導(dǎo)致涂層的剝落，致使閥座毀損。