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阀门设计和选材

来源:储昭平 发布时间:2020/3/31 8:32:34

 概述
阀门设计和选材时必须重点考虑的问题之一是阀门的工作温度。为了规范阀门主体材料的适宜工作温度,从各种类型的阀门用钢和合金牌号的材料性能方面对我国石油化工、化工、化肥、电力及冶金等行业用的阀门主体材料的适宜工作温度及相关要求作出了明确的规定,供阀门产品设计、制造及检验时用。另外,从技术管理和生产管理及物资采购等方面考虑,对每种类型的钢应选用综合性能良好的,不宜选用过多的钢号和合金牌号,以防造成混乱。

2 低温工况
.1 超低温阀门材料

超低温阀门(-254(液 氢)~ -101℃(乙 烯))主体材料必须选用面心立方晶格的奥氏体不锈钢、铜合金或铝合金,其热处理后的低温力学性能,特别是低温冲击韧性必须达到标准的要求。下列奥氏体不锈钢可用于制造超低温阀门。ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和 CF3,ASTM A182 F316、F316L、F304 和 F304L,ASTM A433 316、316L、304、304L 和 CF8D(兰州高压阀门厂设计,工厂标准代号 GFQ81-93)。超低温阀门的阀体、阀盖、闸板或阀瓣等在精加工前,必须在液氮(-196℃)中进行深冷处理。

2.2 低温阀门材料

适用于低温阀门(-100 ~ -30℃)的主体材料有低温奥氏体不锈钢和低温承压件用铁素体和马氏体钢。低温用奥氏体不锈钢有 ASTM A351 CF8M、CF3M、CF8 和 CF3,ASTM A182 F316、F316L、F304 和 F304L,ASTM A433 316、316L、304、304L 和 CF8D。低温承压件用铁素体和马氏体钢有 ASTM A352 LCA(-32℃)、LCB、LCC(-46℃)、LC1(-59℃)、LC2、LC211(-73℃)和 LC3(-100℃)。ASTM A352 标准中的材料初级价格较低,但是其冶炼时化学成分必须有可靠且要求十分严格的工厂内控标准。其热处理工艺复杂,需要多次作调质处理,方能达到标准要求的低温冲击韧性的要求,生产周期长。低温冲击韧性达不到标准要求时,不允许投料作低温钢使用。因此,只有在生产批量大,并且可成炉冶炼时才采用,而在一般情况下选用奥氏体不锈钢。

3 非腐蚀工况
阀门工作介质为水、蒸汽、空气和油品等非腐蚀性物质时,一般采用碳素钢。阀门用碳素钢系指 ASTM A216 标准中的 WCB、WCC 铸钢和 ASTM A105 锻钢。阀门用碳素钢适宜工作温度为 -29 ~ 425℃。但是为了安全,考虑到介质的工作温度有可能波动,因此,一般碳素钢的使用温度不应超过 400℃。

4 腐蚀工况
4.1 铬-钼系高温钢

阀门选用的 Cr-Mo 高温铸钢主要是采用 ASTM A217 标准中的 WC6、WC9 和 C5(ZG1Cr5Mo),其对应的轧材分别为 ASTM A182 中的 F11、F22 和 F5。

(1)低铬级铬-钼钢低铬级铬-钼钢有 WC6、WC9、F11 和 F22,其适用的工作介质为水、蒸汽和氢气,不宜用于含硫油品。WC6 和 F11 适宜工作温度为 -29 ~ 540℃, WC9 和 F22 适宜工作温度为 -29 ~ 570℃。

(2)铬五钼高温钢铬五钼高温钢有 C5(ZG1Cr5Mo)和 F5,其适用的工作介质为水、蒸 汽、氢气和含硫油品等。C5(ZG1Cr5Mo)如果用于水蒸汽时,其最高工作温度为 600℃。用于含硫油品等工作介质时,其最高工作温度为 550℃。因此,规定 C5(ZG1Cr5Mo)的工作温度为 ≤550℃。

4.2 不锈耐酸钢

不锈耐酸钢是指用于石化及化工、化肥行业中抗硝酸、硫酸、醋酸及有机酸等耐腐蚀性的铬镍或铬镍钼不锈耐酸钢。不锈耐酸钢铸钢主要是采用 ASTM A743 或 ASTM A744 标准中 CF8、CF8M、CF3、CF3M、CF8C、CD-4MCu 和 CN7M 等,其对应的轧材分别为 ASTM A182 标准中的 F304、F316、F304L、F316L、F347、F53 及美国 UNS N08020。

(1)Cr-Ni 不锈钢:Cr-Ni 类不锈耐酸钢有 CF8、CF3、F304、F304L、CF8C 和 F347,其适 用于工作介质为硝酸等氧化性酸。其最高工作温度 ≤200℃。

(2)Cr-Ni-Mo 不锈钢:Cr-Ni-Mo 类不锈耐酸钢有 CF8M、CF3M、F316 和 F316L,其适用于工作介质为醋酸等还原性酸。CF8M,CF3M 等可以代替 CF8 和 CF3,但 CF8、CF3 不能代替 CF8M 和 CF3M。所以,美国等国家不锈耐酸钢阀门主要用 CF8M、CF3M,其最高工作温度 ≤200℃。

(3)CN7M 合金:CN7M 合金具有较好的全面耐蚀性,它广泛地应用于苛刻的腐蚀条件下,包括硫酸、硝酸、氢氟酸和稀盐酸、苛性碱、海水及热的氯化物盐溶液等,特别是可用于各种浓度和温度 ≤70℃ 范围的硫酸中。CN7M 和 UNS N08020 合金使用温度为 -29 ~ 450℃。

(4)双相不锈钢:双相不锈耐蚀钢(表 1)为沉淀硬化不锈钢,它们是在铁素体的基体中含 35% ~ 40% 的奥氏体,其屈服强度约为 19Cr-9Ni 奥氏体不锈钢的 2 倍,并具有高硬度及良好的塑性和冲击韧性。特别适合在既有磨蚀又有冲刷的腐蚀工作条件下使用,因而广泛地应用于在氧化和还原的强酸工况中,在有氯的环境中有特殊的抗应力腐 蚀开裂的性能。CD-4MCu、CD3MN、CE3MN 和 F53 双相不锈钢使用温度为 -29 ~ 316℃。

 

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