哈氏合金鋼球閥設(shè)計(jì)參數(shù)

哈氏合金鋼球閥設(shè)計(jì)參數(shù) 哈氏鋼球閥設(shè)計(jì)參數(shù) 哈氏合金鋼球閥 哈氏合金鋼法蘭球閥

1、之前介紹組合式減壓閥在國(guó)華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹哈氏合金鋼球閥設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
l 公稱壓力：900Lb；
l 公稱通徑： 2”全通徑；
l 主體材料：hasloy C-276；
l 內(nèi)件材料： hasloy C-276+鈷基+碳化鎢；（球閥用Hasloy G30）
l 連接形式：按照客戶要求；
l 結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度：按照客戶要求；
l 泄漏等級(jí)：FCI 70.2 VI；
l 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)： ASME B16.34，API6D等
l 適用溫度：常溫。
2、哈氏合金鋼球閥設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)計(jì)規(guī)范：設(shè)計(jì)和制造按ASME B16.34；
閥門結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度按ASME B16.10；
法蘭尺寸按ASME B16.5。
參考標(biāo)準(zhǔn)：
API 6D-2008《石油和天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)管線閥門》；
API 598-2009《閥門的檢查我和試驗(yàn)》 ；
ASTM A182- 2002a《高溫用鍛制或軋制合金鋼法蘭、鍛制管件、閥門和部件》；
ASTM A193/A-2001b《高溫用合金鋼和不銹鋼栓接材料》；
API Q1-2007《質(zhì)量綱要規(guī)范》；
NACE-MR-0175-2003 《油田設(shè)備用抗硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂和應(yīng)力腐蝕裂紋的金屬材料》；
API 607  《閥門火燒試驗(yàn)》等。
（填上哈氏合金標(biāo)準(zhǔn)號(hào)）


哈氏合金鋼球閥設(shè)計(jì)參數(shù)常用哈氏合金
1：Hasloy B-2 alloy(哈氏B-2合金)
一、耐蝕性能 
哈氏B-2合金是一種有極低含碳量和含硅量的Ni-Mo合金，它減少了在焊縫及熱影響區(qū)碳化物和其他相的析出，從而確保即使在焊接狀態(tài)下也有良好的耐蝕性能。 
*，哈氏B-2合金在各種還原性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，能耐常壓下任何溫度，任何濃度鹽酸的腐蝕。在不充氣的中等濃度的非氧化性硫酸、各種濃度磷酸、高溫醋酸、甲酸等有機(jī)酸、溴酸以及氯化氫氣體中均有優(yōu)良的耐蝕性能，同時(shí)，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通常應(yīng)用于多種苛刻的石油、化工過程，如鹽酸的蒸餾，濃縮；乙苯的烷基化和低壓羰基合成醋酸等生產(chǎn)工藝過程中。
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥但在哈氏B-2合金多年的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：（1）哈氏B-2合金存在對(duì)抗晶間腐蝕性能有相當(dāng)大影響的兩個(gè)敏化區(qū)：1200~1300℃的高溫區(qū)和550~900℃的中溫區(qū)；（2）哈氏B-2合金的焊縫金屬及熱影響區(qū)由于枝晶偏析，金屬間相和碳化物沿晶界析出，使其對(duì)晶間腐蝕敏感性較大；（3）哈氏B-2合金的中溫?zé)岱€(wěn)定性較差。當(dāng)哈氏B-2合金中的鐵元素含量降至2%以下時(shí)，該合金對(duì)β相（即Ni4Mo相，一種有序的金屬間化合物）的轉(zhuǎn)變敏感。當(dāng)合金在650~750℃溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間稍長(zhǎng)，β相瞬間生成。β相的存在降低了哈氏B-2合金的韌性，使其對(duì)應(yīng)力腐蝕變得敏感，甚至?xí)斐晒螧-2合金在原材料生產(chǎn)(如熱軋過程中)、設(shè)備制造過程中（如哈氏B-2合金設(shè)備焊后整體熱處理）及哈氏B-2合金設(shè)備在服役環(huán)境中開裂。現(xiàn)今，我國(guó)和世界各國(guó)的有關(guān)哈氏B-2合金抗晶間腐蝕性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法均為常壓沸騰鹽酸法，評(píng)定方法為失重法。由于哈氏B-2合金是抗鹽酸腐蝕的合金，因此，常壓沸騰鹽酸法檢驗(yàn)哈氏B-2合金的晶間腐蝕傾向相當(dāng)不敏感。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)用高溫鹽酸法對(duì)哈氏B-2合金進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：哈氏B-2合金的耐蝕性能不僅取決于其化學(xué)成分，還取決于其熱加工的控制過程。當(dāng)熱加工工藝控制不當(dāng)時(shí)，哈氏B-2合金不僅晶粒長(zhǎng)大，而且晶間會(huì)析出現(xiàn)高M(jìn)o的σ相，此時(shí)，哈氏B-2合金的抗晶間腐蝕的性能明顯下降，在高溫鹽酸試驗(yàn)中，粗晶粒板與正常板的晶界浸蝕深度相差約一倍左右。
二、物理性能
密度：9.2g/cm3, 熔點(diǎn)：1330~1380℃，磁導(dǎo)率：(℃，RT)≤1.001
三、化學(xué)成分
化學(xué)成分
元素    Ni    Cr    Fe    C    Mn    Si    Cu    Mo    Co    P    S
小    余量    0.4    1.6                    26.0            
大        1.0    2.0    0.01    1.0    0.08    0.5    30.0    1.0    0.02    0.010



五、制造與熱處理
1：加熱
對(duì)于哈氏B-2合金來說，在加熱前和加熱過程中表面保持清潔并遠(yuǎn)離污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、鉛或其他低熔點(diǎn)金屬污染物的環(huán)境下加熱，則會(huì)變脆，這些污染物的來源主要包括標(biāo)記筆痕跡、溫度指示漆、油脂和液體、煙氣。此煙氣必須含硫低；例如：天然氣和液化石油氣含硫量不超過0.1%，城市空氣含硫量不超過0.25g/m3,燃料油的含硫量不超過0.5%即為合格。
對(duì)加熱爐的氣體環(huán)境要求是中性環(huán)境或輕還原性環(huán)境，并且不可以在氧化性和還原性之間波動(dòng)。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏B-2合金。同時(shí)要以快的加熱速度把材料加熱到要求達(dá)到的溫度，即要求首先要把加熱爐的溫度上升到要求溫度，再把材料放入爐中加熱。
2：熱加工
哈氏B-2合金可以在900~1160℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工，加工過后應(yīng)該以水淬火。為了確保有的耐蝕性能，熱加工過后應(yīng)該退火。
3：冷加工
冷加工的哈氏B-2合金必須經(jīng)過固溶處理，由于其具有比奧氏體不銹鋼高得多的加工硬化率，所以成形設(shè)備要細(xì)心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么有必要進(jìn)行級(jí)間退火。冷加工變形量超過15%時(shí)，使用前要固溶處理。
4：熱處理
固溶熱處理溫度要控制在1060~1080℃之間，之后進(jìn)行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上時(shí)可以快速空冷以獲得的耐蝕性能。在任何加熱操作過程中，材料的表面清潔均要有預(yù)先的防范。哈氏合金材料或設(shè)備部件在進(jìn)行熱處理時(shí)要注意以下一些問題：為了防止設(shè)備部件熱處理變形，應(yīng)采用不銹鋼加強(qiáng)環(huán)；對(duì)裝爐溫度、加熱和冷卻時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制；裝爐前，對(duì)熱處理件進(jìn)行預(yù)處理，防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對(duì)熱處理件99%PT；在熱處理過程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過打磨消除后需補(bǔ)焊者，要采用專門的補(bǔ)焊工藝。
5：除垢
哈氏B-2合金表面的氧化物和焊縫附近的污點(diǎn)都要以精細(xì)的砂輪等打磨干凈。
由于哈氏B-2合金對(duì)氧化性介質(zhì)比較敏感，因此酸洗過程中會(huì)產(chǎn)生較多的含氮元素的氣體。
6：機(jī)加工
7：焊接
哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區(qū)由于易析出β相而導(dǎo)致貧Mo，從而易于產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，哈氏B-2合金的焊接工藝應(yīng)謹(jǐn)慎制定，嚴(yán)格控制。一般焊接工藝如下：焊材選用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制層間溫度不大于120℃；焊絲直徑φ2.4、φ3.2；焊接電流90~150A。同時(shí)，施焊前，焊絲、被焊接件坡口及相鄰部位應(yīng)進(jìn)行去污脫脂處理。
哈氏B-2合金熱傳導(dǎo)系數(shù)比鋼小得多，如選用單V型坡口，則坡口角度要在70°左右，采用較低的熱輸入量。通過焊后熱處理可以消除殘余應(yīng)力并改善抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能。


3、哈氏合金鋼球閥材料的選擇
根據(jù)氫氣特性，閥門主要部件材料選擇如下：
閥體、側(cè)蓋、：Hasloy C-276；
球體：Hasloy C-276+鈷基+碳化鎢；
閥座：Hasloy C-276+鈷基+碳化鎢；（球閥用Hasloy G30）
閥桿：XM-19；
彈簧：Inconel X-750；
緊固件：B7+噴氟；
中法蘭密封材料：石墨+O型圈（氟橡膠）。
哈氏合金球閥材料的選擇
根據(jù)氫氣特性，閥門主要部件材料選擇如下：
閥體、側(cè)蓋、：Hasloy C-276；
球體：Hasloy C-276+鈷基+碳化鎢；
閥座：Hasloy C-276+鈷基+碳化鎢；（球閥用Hasloy G30）
閥桿：XM-19；
彈簧：Inconel X-750；（這二項(xiàng)與介質(zhì)接觸，抗腐蝕能力是否可行？）
緊固件：B7+噴氟；
 


球閥球體和閥座
在噴涂后工件整體進(jìn)行重熔熱處理，減少硬質(zhì)合金表面的孔隙率，提高涂層致密度，增加噴涂的硬質(zhì)合金與本體的結(jié)合力，與底材更牢固地粘結(jié),使其成為一體。可有效地抑制裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而提高涂層的硬度和韌性，并獲得適當(dāng)?shù)挠捕?韌性比和降低殘余應(yīng)力提高密封面的硬度和耐磨性。從而具有較高的承載能力。從而大大的提高了閥門的使用受命。
（噴涂表面含球流道和閥座流道，沖刷和腐蝕共同做用下，從沒有硬化的表面開始）
彈簧材料的選擇
為了能夠滿足工況的需求，抗氫腐蝕，同時(shí)又要有良好的機(jī)械性能，能夠提供密封所需要預(yù)緊力，因此采用了inconel X-750合金材料。
閥桿材料的選擇
閥桿的設(shè)計(jì)與球體分離，便于維修，以及更換密封材料。閥桿與球體連接傳遞大扭矩。閥桿可以選用高強(qiáng)度的XM-19（耐腐蝕上可能不行），表面鍍ENP，提高硬度。


閥體與側(cè)體的密封材料選擇
閥體與側(cè)體之間選擇夾不銹鋼石墨纏繞墊，可以起到密封和防火功能。在閥體與側(cè)體之間增設(shè)了O型圈（諾是金屬的可以，橡膠類O形圈可能溫度上不可以），作為一級(jí)密封。纏繞墊作為次級(jí)密封。如下圖所示：
 哈氏合金是超低碳型，Ni、Mo、Cr系列鎳基、耐蝕、耐高溫材料哈氏合金(Hasloy),因它具有*的耐高溫性能，抗氧化性，焊縫影響區(qū)耐腐蝕性，具有很好的熱穩(wěn)定性及可加工性，在農(nóng)業(yè)化工、核設(shè)施、生物制藥等苛刻工業(yè)環(huán)境中被應(yīng)用。它在濕氧、亞硫酸、醋酸、甲酸和強(qiáng)氧化鹽的介質(zhì)中，也具有優(yōu)異的耐蝕性、耐均勻腐蝕性及耐晶間腐蝕性，因此在化學(xué)工業(yè)也被廣泛應(yīng)用，合哈氏金的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱系數(shù)要比低碳鋼低得多，而電阻率和膨脹率都比低碳鋼高得多，熔池流動(dòng)性差，潤(rùn)濕性差，穿透力小，熔深淺O型圈
螺栓和螺母的選擇
螺栓和螺母選用ASTM A193-B8M和ASTM A194-8M，適用溫度范圍：-29~180℃。材料符合NACE 標(biāo)準(zhǔn)要求。
4、哈氏合金球閥設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)示意圖



5、哈氏合金球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
本球閥通過球體90°旋轉(zhuǎn)打開或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)管路的聯(lián)通與切斷功能。
閥門通過閥桿上鍵與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動(dòng)、氣動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)、液動(dòng)或氣液聯(lián)動(dòng)等）連接。執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩，傳遞于閥桿，閥桿帶動(dòng)球體旋轉(zhuǎn)90°，實(shí)現(xiàn)閥門啟閉動(dòng)作。
閥體：采用哈氏合金鍛鋼材料。化學(xué)成分和機(jī)械性能符合ASME 標(biāo)準(zhǔn)要求。
閥桿是傳遞閥門扭矩的關(guān)鍵件，閥桿表面加工的光潔度影響整個(gè)閥門的扭矩。提高閥桿表面的硬度，可以減小閥桿的磨損。為此，閥桿采用了精加工、滾壓、拋光等工藝。閥桿表面光潔度可達(dá)Ra 0.2~Ra0.4，閥桿通過鍍鎳磷工藝提高了表面硬度。
閥桿上設(shè)計(jì)了防靜電結(jié)構(gòu)，保證了球體與閥桿，以及閥桿與閥體之間的金屬連接。符合相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。
 
球體與閥座的加工是整個(gè)閥門密封性能的關(guān)鍵。球體和閥座采用鍛件材料加工而成，球面和閥座密封面先堆焊鈷基合金，然后超音速噴焊混合硬質(zhì)合金。球體在加工中嚴(yán)格控制了球面的圓度，達(dá)到0.005mm。球體和閥座密封面噴涂層加厚。密封表面采用High velocity oxy-fuel (HVOF)超音速噴焊之后，利用Spray and fuse (S&F)重熔技術(shù)，增強(qiáng)了硬質(zhì)合金與基體之間的結(jié)合力。
球體與閥座使用設(shè)備進(jìn)行配對(duì)研磨。裝配之前，再經(jīng)過技師們的手工研磨和測(cè)試，使密封面的光潔度可達(dá)0.2以上，以保證球體密封面和閥座密封面99% 接觸。從而使泄漏等級(jí)達(dá)到FCI 70-2 VI級(jí)（ASME B16.104）。
這種球面與閥座密封面材料匹配以及特殊的密封面加厚層工藝，保證了閥門長(zhǎng)壽命特點(diǎn)。
浙江摩根閥門有限公司球閥球體 
固定球閥的閥座次密封以及閥桿密封的設(shè)計(jì)，引進(jìn)了的唇形密封座（Lipseal）。并結(jié)合了自身多年的特種閥門設(shè)計(jì)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以及各類金屬密封圈的研制經(jīng)驗(yàn)（如：金屬C型圈，空心金屬O型圈，金屬U型圈等），將其改進(jìn)，達(dá)到了更優(yōu)密封效果。我公司稱其密封圈為：U型彈簧蓄能增壓密封圈，并向國(guó)家局申報(bào)了實(shí)用型。
浙江摩根閥門有限公司自主研發(fā)的U型彈簧蓄能增壓密封圈，采用了金屬U型圈外面包覆PTFE或PCTFE作為密封材料。取代了使用螺旋彈簧做骨架的唇形密封座（Lipseal），避免了重疊或焊接連接而導(dǎo)致的受力不均現(xiàn)象。U型彈簧蓄能增壓密封圈在不同的溫度與壓力下，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，表明受力均勻，密封良好。如下圖：



U型彈簧蓄能增壓密封圈作為閥座后次級(jí)密封，可以實(shí)現(xiàn)閥座DBB（或DIB）的功能，符合API 6D設(shè)計(jì)要求。閥門在溫度劇烈變化中，U型彈簧蓄能增壓密封圈可以根據(jù)壓力與溫度的變化自身調(diào)節(jié)，同時(shí)還降低了閥門的扭矩。介質(zhì)的壓力結(jié)合金屬圈的彈性蓄能為密封比壓提供了小預(yù)緊力。巧妙地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大的延長(zhǎng)了閥門的使用壽命。閥門閥桿與填料處設(shè)計(jì)多重密封組合，既設(shè)計(jì)了柔性石墨防火填料密封，又增加了U型彈簧蓄能增壓密封圈，并O型圈輔助密封。保證了閥門填料泄漏等級(jí)滿足MESC SPE 77/312微泄露試驗(yàn)。密封結(jié)構(gòu)詳見小樣圖。
6、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
分體式固定硬密封球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以滿足客戶對(duì)不同執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求