閥門常用材料選用

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閥門常用材料：

    1、閥門常用材料性能

    （1）鑄鐵

    ①灰鑄鐵：如HT200、HT250等，適用于PN≤16，工作溫度在-10℃~100℃之間的油類、一般性質(zhì)的液體介質(zhì)(水、蒸汽、石油產(chǎn)品等)；PN≤10，工作溫度在-10℃~200℃之間的蒸汽、一般性質(zhì)氣體、煤氣、氨氣等介質(zhì)（氨、醇、醛、醚、酮、酯等腐蝕性較低的介質(zhì)）。它不適用于鹽酸、硝酸等介質(zhì)。但能用于濃硫酸中，這是因為濃硫酸能對其金屬表面產(chǎn)生一層純化膜，以阻止?jié)饬蛩釋﹁T鐵的腐蝕。

    ②可鍛鑄鐵：如KTH350-10、KTH450-06等，適用于PN≤25，工作溫度在-10℃~300℃之間的蒸汽、一般性質(zhì)氣體和液體、油類等介質(zhì)。其耐蝕性能與灰鑄鐵相似。

    ③球墨鑄鐵：如QT400-15、QT450-10等，適用于PN≤25工作溫度在-10℃~300℃之間的蒸汽、一般性質(zhì)氣體及油類等介質(zhì)。其耐腐蝕性較強，能在一定濃度的硫酸、硝酸、酸性鹽中工作。但不耐氟酸、強堿、鹽酸和三氯化鐵熱溶液的腐蝕。使用時要避免驟熱、驟冷，否則會破裂。

    ④鎳鑄鐵：耐堿性能比灰鑄鐵、球墨鑄鐵閥門強；用于稀硫酸、稀鹽酸和苛性堿中，鎳鑄鐵是一種理想的閥用材料。

    （2）碳素鋼

    碳素鋼有WCA、WCB和WCC等，適用于工作溫度在-29~425℃之間的蒸汽、非腐蝕性氣體、石油及相關(guān)制品等介質(zhì)。

    （3）不銹鋼

    ①304系列不銹鋼一般適用于工作溫度在-196℃~650℃之間的蒸汽、非腐蝕性氣體、石油及相關(guān)制品等介質(zhì)；工作溫度在-30℃~200℃之間的腐蝕性介質(zhì)。其耐大氣性優(yōu)良，能耐硝酸和其它氧化性介質(zhì)，也能耐堿、水、鹽、有機酸及其它有機化合物的腐蝕。但不耐硫酸、鹽酸等非氧化性酸的腐蝕，也不耐不干燥的氯化氫、氧化性的氯化物和草酸、乳酸等有機酸。

    ②在304的基礎(chǔ)上增含2％～3％鉬的316系列不銹鋼，其耐蝕性能比304系列不銹鋼更為優(yōu)越，它在非氧化性酸和熱的有機酸、氯化物中的耐蝕性能比鉻鎳不銹鋼好，抗孔蝕性也好。

    ③含鈦或鈮的321、347系列不銹鋼對晶間腐蝕有較強的抵抗力。

    ④含高鉻、高鎳的904L系列不銹鋼，其耐蝕性能比普通不銹鋼更高，可用于處理硫酸、磷酸、混酸、亞硫酸、有機酸、堿、鹽溶液、硫化氫等，甚至可用于某些濃度下的高溫場合。但不耐濃或熱的鹽酸、濕的氟、氯、溴、碘、王水等的腐蝕。

    （4）銅合金

    銅合金主要適用于PN≤25，工作溫度-40℃~180℃之間氧氣、海水管路用的閥門中，其對水、海水、多種鹽溶液、有機物有良好的耐蝕性能。對不含有氧或氧化劑的硫酸、磷酸、醋酸、稀鹽酸等有較好的耐蝕性，同時對堿有很好的抗力。但不耐硝酸、濃硫酸等氧化性酸的腐蝕，也不耐熔融金屬、硫和硫化物的腐蝕。切忌與氨接觸，它能使銅及銅合金產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂。選用時應(yīng)該注意，銅合金的牌號不同，其耐腐蝕性有一定的差異。

    （5）鋁合金

    鋁合金對強氧化性的濃硝酸的耐蝕性好，能耐有機酸和溶劑。但在還原性介質(zhì)、強酸、強堿中不耐蝕。鋁的純度越高，耐蝕性越好，但強度隨之下降，只能用作壓力很低的閥門或閥門襯里。

    （6）鈦合金

    鈦合金主要適用于PN≤25，工作溫度在-30℃~316℃之間的海水、氯化物、氧化性酸、有機酸、堿類等介質(zhì)。鈦是活性金屬，在常溫下能生成耐蝕性很好的氧化膜。它能耐海水、各種氯化物和次氯酸鹽、顯氯、氧化性酸、有機酸、堿等的腐蝕。但它不耐較純的還原性酸，如硫酸、鹽酸的腐蝕，卻耐含有氧化劑的硝酸腐蝕。鈦閥門對孔蝕有良好的抗力。但在紅發(fā)煙硝酸、氯化物、甲醇等介質(zhì)中會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

    （7）鋯合金

    鋯也屬于活性金屬，它能生成緊密的氧化膜，它對硝酸、鉻酸、堿液、熔堿、鹽液、尿素、海水等有良好的耐蝕性能，但不耐氫氟酸、濃硫酸、王水的腐蝕，也不耐濕氯和氧化性金屬氯化物的腐蝕。

    （8）陶瓷

    陶瓷以二氧化硅為主熔化燒結(jié)制成的閥門，如氧化鋯、氧化鋁、氮化硅等，除有極高的耐磨、耐溫、隔熱性能外，還具有很高的耐蝕能力，除不耐氧氟酸、氟硅酸和強堿外，能耐熱濃硝酸、鹽酸、王水、鹽溶液和有機溶劑等介質(zhì)，一般適用于PN≤6的管路中。這類閥門如使用了其它材料，選用時，應(yīng)該考慮其它材料的耐蝕性能。

    （9）玻璃鋼

    玻璃鋼的耐蝕性能，是隨著它的膠粘劑而異。環(huán)氧樹脂玻璃鋼能在鹽酸、磷酸、稀硫酸和一些有機酸中使用；酚醛玻璃鋼的耐蝕性能較好；膚喃玻璃鋼有較好的耐堿、耐酸以及綜合性耐蝕性能，其一般適用于PN≤16的管路中。

    （10）塑料

    塑料閥門的最大特點是耐腐蝕性強，甚至有金屬材料閥門所不能具備的優(yōu)點。一般適用于PN≤6的管路中，隨著塑料種類的不同，其耐蝕性差異較大。

    ①尼龍，又稱聚酰胺，它是熱塑性塑料，有良好的耐蝕性。能耐稀酸、鹽、堿的腐蝕，對烴、酮、醚、酯、油類有良好的耐蝕性。但不耐強酸、氧化性酸、酚和甲酸的腐蝕。

    ②聚氯乙烯：聚氯乙烯是熱塑性塑料，有優(yōu)良的耐蝕性能。能耐酸、堿、鹽、有機物。不耐濃硝酸、發(fā)煙硫酸、醋酐、酮類、鹵代類、芳烴等的腐蝕。

    ③聚乙烯：聚乙烯有優(yōu)良的耐蝕性能，它對鹽酸、稀硫酸、氫氟酸等非氧化性酸以及稀硝酸、堿、鹽溶液和在常溫下的有機溶劑都有良好的耐蝕性。但不耐濃硝酸、濃硫酸和其它強氧化劑的腐蝕。

    ④聚丙烯：聚丙烯是熱塑性塑料，其耐蝕性與聚乙烯相似，稍優(yōu)于聚乙烯。它能耐大多數(shù)有機酸、無機酸、堿、鹽，但對濃硝酸、發(fā)煙硫酸、氯磺酸等強氧化性酸的耐蝕能力差。

    ⑤酚醛塑料：酚醛塑料能耐鹽酸、稀硫酸、磷酸等非氧化性酸、鹽類溶液的腐蝕。但不耐硝酸、鉻酸等強氧化酸、堿和一些有機溶劑的腐蝕。

    ⑥氯化聚醚，又稱聚氯醚，是線型、高結(jié)晶度的熱塑性塑料。它具有優(yōu)良的耐蝕性能，僅次于氟塑料。它能耐濃硫酸、濃硝酸外的各種酸、堿、鹽和大多數(shù)有機溶劑的腐蝕，但不耐液氯、氟、溴的腐蝕。

    ⑦聚三氟氯乙烯：它與其它氟塑料一樣，具有優(yōu)異的耐蝕性能和其它性能，耐蝕性能稍低于聚四氟乙烯。它對有機酸、無機酸、堿、鹽、多種有機溶劑等有良好的耐蝕性能。在高溫下含有鹵素和氧的某些溶劑，能使其溶脹。它不耐高溫的氟、氟化物、熔堿、濃硝酸、芳烴、發(fā)煙硝酸、熔融堿金屬等。

    ⑧聚四氟乙烯：聚四氟乙烯具有非常優(yōu)異的耐蝕性能，它除了熔融金屬鋰、鉀、鈉、三氟化氯、高溫下的三氟化氧、高流速的液氟外，幾乎能耐所有化學介質(zhì)的腐蝕，缺點是其具有冷流性。

    （11）襯里

    由于塑料強度低，很多閥門采用金屬材料做外殼，用塑料、橡膠等做襯里。襯里閥門一般適用于PN≤16的管路中，隨著襯里材料的不同，其耐溫、耐蝕性也不相同。

    ①塑料襯里：塑料襯里的耐蝕性與上述塑料中的相應(yīng)材料相同。但選用時，應(yīng)該考慮塑料襯里閥門中使用的其它材料的耐蝕性能。

    ②橡膠襯里：橡膠較軟，因此很多閥門采用橡膠做襯里，以提高閥門的抗蝕性能和密封性能。隨橡膠種類的不同，其耐蝕性差異較大。經(jīng)過硫化的天然橡膠能耐非氧化性酸、堿、鹽的腐蝕，但不耐強氧化劑，如硝酸、鉻酸、濃硫酸的腐蝕，也不耐石油產(chǎn)品和某些有機溶劑的腐蝕：因此，天然橡膠被合成橡膠逐漸代替。合成橡膠中的丁腈橡膠耐油性能好，但不耐氧化性酸、芳烴、酯、酮、醚等強溶劑的腐蝕；氟橡膠耐蝕性能優(yōu)異，能耐各類酸、堿、鹽、石油產(chǎn)品、烴類等，但耐溶劑性不及氟塑料；聚醚橡膠可用于水、油、氨、堿等介質(zhì)。

    ③鉛襯里：鉛屬活性金屬，但因材質(zhì)軟，常用作特殊閥門的襯里。鉛的腐蝕產(chǎn)物膜是很強的保護層，它是耐硫酸的有名材料，在磷酸、鉻酸、碳酸及中性溶液、海水等介質(zhì)中具有較高的耐蝕性能，但不耐堿、鹽酸的腐蝕，也不適于在它們的腐蝕產(chǎn)物中工作。

    2、閥門材料選用

    （1）閥體材料選用

    對于鋼和鎳合金閥體和閥蓋材料的選擇在ASME B16.34表1中已經(jīng)列出。這個表被分為三組：第1組是黑色金屬材料；第2組是奧氏體不銹鋼材料；第3組是與特殊的壓力—溫度等級表相關(guān)的鎳合金材料。在ASME B16.1（鑄鐵）、ASME B16.24（銅合金）、ASME B16.42（球墨鑄鐵）中含有其他材料。

    對于表中涉及溫度和熱處理范圍的注釋，需要給予特別關(guān)注。通過查閱這些溫度-壓力表，壓力-溫度額定值為選擇合理的滿足機械強度需求提供了依據(jù)。此外材料對許多存在于過程流體流動工況中材料性能下降機理，也應(yīng)該給予考慮，例如受到腐蝕、應(yīng)力開裂、低溫和高溫、含氫工況影響等。

    （2）閥門內(nèi)件選用

    ① 通則

    閥門內(nèi)件材料的選用不只是閥座密封面材料，在API 600和API 602包含的內(nèi)件表中對其有明確定義。通常對于所有類型的閥門其內(nèi)件包括所有與過程流體接觸的部件。如果沒有定義特殊的要求，那么API標準要求內(nèi)件材料的耐腐蝕性必須至少與閥體材料的耐腐蝕性相同。

    ② 閘閥

    對于閘閥，其內(nèi)件為關(guān)閉件和閥座密封面以及閥桿和上密封座。正如API標準中所指出的，一個避免閥座磨損的關(guān)鍵因素是為與其相配合的一對密封面提供一個不同的硬度，除非兩個密封面都是硬面。在參考標準中提供了內(nèi)件表。某些合理內(nèi)件是在一個或兩個表面進行耐磨堆焊，以更好的確保密封面長期具有耐磨損性能、耐腐蝕性能和耐磨性能。

    ③ 其他閥門內(nèi)件

    對于止回閥，其內(nèi)件被定義為關(guān)閉件和閥座密封面。在參考標準中提供了內(nèi)件表。某些合理的內(nèi)件是在一個或兩個表面進行耐磨堆焊，從而更好的確保閥座在長期磨損、腐蝕和耐磨性工況使用中不會失效。

    對于球閥，其關(guān)閉件被定義為閥門的內(nèi)部金屬件，例如球體、閥桿和金屬閥座或閥座支座。這些件都可以具有與殼體相同的名義化學成分，以及具有與殼體材料相似的機械性能和耐腐蝕性能。

    對于蝶閥，所有與過程流體接觸的材料都應(yīng)遵循制造商的標準，除另有規(guī)定外。蝶閥內(nèi)件被定義為閥體閥座密封面、蝶板、蝶板與軸連接件（例如鍵、銷、螺釘?shù)龋┖腿颗c過程流體接觸的內(nèi)部緊固件。軸和軸套的材料與內(nèi)件材料的腐蝕性能相似。

    對于旋塞閥，要求旋塞和閥桿材料的耐腐蝕性至少與閥體材料相同。

    對于截止閥，其內(nèi)件如API 602中定義。

    （3）閥座密封面—軟閥座

    球閥和蝶閥經(jīng)常使用帶有彈性的、非金屬的閥座來提供密封。API 608和API 609中包含帶有壓力-溫度額定值規(guī)定的PTFE和增強型PTFE材料。其他軟閥座材料的壓力-溫度額定值，經(jīng)購買者和制造商商定。PTFE閥座的使用溫度范圍往往是177℃到225℃（350℉到400℉）。對于一些用于液體工況中的軟閥座球閥，應(yīng)該考慮中腔泄壓要求。

    （4）閥桿密封—逸散性排放

    通常用于工藝管道中的閥桿填料為一種柔性石墨。新閥門填料典型設(shè)計方法是：放置幾個壓制成形的幾道填料環(huán)，填料環(huán)上面放置一個編織材料環(huán)以及在堆疊填料的底部放置一個編織材料環(huán)。這種編織材料“擦拭環(huán)”有助于防止壓制填料環(huán)被擠出填料函。與先前使用的石棉材料相比，目前閥門填料技術(shù)有效地阻止了輕烴泄漏（逸散性排放）。影響柔性石墨填料材料性能的關(guān)鍵因素有：碳的百分含量、填料密度和抗腐蝕/氧化劑。為提高閥桿填料性能，MSS SP-120中對用于升降閥桿閥門的柔性石墨填料系統(tǒng)進行了很好的討論。API 622的填料應(yīng)予以考慮。

    雖然石墨材料在溫度高于343℃（650℉）時易氧化，但是其已經(jīng)被成功的用于使用溫度大于等于538℃（1000℉）閥門中。

    動加載和超時工況中的填料，由于“填料壓實”可能會導(dǎo)致其密封性能降低。這使壓蓋載荷減小，導(dǎo)致填料泄漏。這種“動加載”的過程可能是合理的選擇，包含由碟形彈簧加載的填料壓蓋，從而提供了一種維持填料壓蓋載荷的方法以幫助延長填料有效使用時間。

    某些四分之一旋轉(zhuǎn)閥門的閥桿可能會用彈性O(shè)形圈密封。這些密封圈的使用溫度范圍可能會低于PTFE。

    波紋管密封閥門已經(jīng)被用于蒸汽和某種有危險/有毒的工況中，從而減少潛在的填料泄漏。在API 602中閥門的公稱通徑由NPS 1/2到NPS 2。API 602除傳統(tǒng)填料外還包括波紋管閥桿密封的設(shè)計方法和試驗細節(jié)。

    （5） 閥蓋墊片

    API 600提供了幾種閥蓋墊片的選擇類型：實心金屬、包覆式金屬、嵌入石墨片的波形金屬（僅僅適用于150磅級），環(huán)連接，纏繞式（大于等于300磅級）和增強型柔性石墨墊片其僅僅適于150磅級（買方批準時）。這種閥蓋墊片在—29℃到538℃（—20℉到1000℉）溫度中使用時是合理的。

    API 602要求閥蓋法蘭墊片類型為填充柔性石墨的纏繞式墊片，除非另有規(guī)定。設(shè)計要求防止墊片的過度壓縮。

    API 603閥蓋墊片設(shè)計與API 600相似。帶有壓縮限制和柔性石墨填料纏繞式墊片（壓力等級≥300磅級）是被允許的。API 603沒有定義一個更高的溫度要求。