目前,金屬密封球閥以其特有的優勢,廣泛應用于煤化工、多晶硅、煉油、海上平臺和傳統電站疏水系統及發電廠等,在要求嚴密關斷、高溫及高壓差、開關迅速、介質含固體顆粒的工況下,金屬硬密封球閥是首選的閥門種類。但金屬硬密封(feng)球閥普(pu)遍存在使用(yong)壽命低(di)、內(nei)泄(xie)漏、操作發(fa)生卡澀(或抱死(si))等問題(ti),面對越來越高的磨(mo)損要求、強(qiang)沖(chong)蝕(shi)等工況,耐磨(mo)球閥需要在硬面處理、結構設計、零部(bu)件選(xuan)材及(ji)加(jia)工等方(fang)面進(jin)行優化設計。
1 耐磨球閥的結構
耐磨球閥的結構設計一般有兩種:球體浮動式和球體固定式。不管是哪種結構,在惡劣磨損工況的使用介質中,均面臨防止彈性閥座處彈簧腔物料(兩相流或三相流)堆積而使閥門不能正常工(gong)(gong)作,產(chan)生閥門扭矩(ju)異(yi)常增(zeng)大或(huo)“卡死”現(xian)象(xiang)。針對這種工(gong)(gong)況,廠家(jia)開發了自清潔耐磨(mo)球閥(浮動式)和阻(zu)尼(ni)沉淀結(jie)構耐磨(mo)球閥(固定式),較好地解決了這一問題。
自清(qing)潔(jie)耐磨球閥(fa)的(de)技術特點:上游浮(fu)動閥(fa)座設(she)計(ji)為(wei)帶吹掃功能(neng)的(de)自清(qing)潔(jie)通道結構,閥(fa)門在(zai)(zai)開、關過程中,依(yi)靠介質(zhi)自身的(de)壓力(li),可對堆積在(zai)(zai)彈(dan)簧和(he)閥(fa)腔內的(de)物料進行吹掃,以(yi)防(fang)止固體顆粒在(zai)(zai)彈(dan)簧腔處堆積而可能(neng)出現的(de)“抱死”現象,影響閥(fa)門的(de)正常(chang)操作;密(mi)封(feng)閥(fa)座為(wei)可更換結構;閥(fa)桿處增(zeng)加(jia)兩個自潤(run)滑(hua)軸(zhou)承彈(dan)墊,減(jian)少閥(fa)門操作扭(niu)矩(ju)。
阻尼沉淀結構(gou)耐磨球(qiu)閥(fa)技術(shu)特點:彈性閥(fa)座采用“疏(shu)導(dao)”結構(gou)設計,阻尼沉淀槽前(qian)置設計,確保閥(fa)門在(zai)使用過程中可有(you)效地(di)將(jiang)物(wu)料沉積(ji)在(zai)彈簧腔前(qian)面(mian),不影響閥(fa)座的(de)正常退讓。
2 耐磨球閥密封性能
1)應具有一定硬(ying)度,使其耐磨耐沖蝕。
2)應具有一定(ding)結合強度,以防(fang)止(zhi)硬化層脫(tuo)落(luo)和產(chan)生裂紋。
3)應保證足夠的(de)加工精度(du),以保證低的(de)密封泄(xie)漏(lou)率。
就硬密封球閥密封面而言,獲得理想的硬化涂層組織是(shi)第一步。
3 密封面硬化
對金(jin)屬密(mi)封的(de)耐磨球閥(fa)表面(mian)硬化(hua)(hua)處理的(de)方(fang)法(fa)有:表面(mian)鍍(du)層技(ji)術(Cr、Ni-P)、堆(噴)焊(han)技(ji)術、等(deng)離(li)子氮化(hua)(hua)技(ji)術、熱噴涂(tu)金(jin)屬陶瓷等(deng)。前三種密(mi)封面(mian)處理方(fang)法(fa)一(yi)般用(yong)于軟(ruan)密(mi)封球芯硬化(hua)(hua)和干凈介質(zhi),如油(you)品、天(tian)然氣、低溫(wen)蒸汽、水等(deng)工況,但用(yong)于苛刻工況,如兩相(xiang)流(liu)或三相(xiang)流(liu)(氣、固、液(ye))的(de)石油(you)化(hua)(hua)工行業的(de)特殊介質(zhi),事實(shi)證(zheng)明其(qi)使用(yong)壽命(ming)非(fei)常短。特別是在煤化(hua)(hua)工、多(duo)晶硅(gui)等(deng)行業,選(xuan)擇耐磨耐蝕的(de)密(mi)封面(mian)硬化(hua)(hua)技(ji)術非(fei)常關鍵(jian)。
近幾(ji)年國內外通(tong)過熱噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)技術獲得的金(jin)屬(shu)陶瓷(ci)涂(tu)(tu)層(ceng)獲得了(le)成功的推廣應用(yong)(yong),在(zai)眾(zhong)多噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)材(cai)料中以(yi)碳化鎢(WC)為(wei)基(ji)體的涂(tu)(tu)層(ceng),在(zai)耐磨損、耐沖(chong)蝕(shi)和(he)抗干滑動方面(mian)的性(xing)能表(biao)現最為(wei)突出。常(chang)使用(yong)(yong)WC為(wei)基(ji)體的涂(tu)(tu)層(ceng)有:WC12/Co、WC17/Co、WC20/Co、WC86/Co10Cr4、WC17/Ni、WC50/NiCrBSi等。表(biao)1為(wei)最常(chang)用(yong)(yong)的WC基(ji)金(jin)屬(shu)陶瓷(ci),采用(yong)(yong)超音速火焰噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)技術(HVOF)制備的兩種典型涂(tu)(tu)層(ceng)技術參(can)數(shu)。
4 涂層工藝
表2為幾種噴涂工藝的對比。
表(biao)1 兩種典型(xing)涂層(ceng)技(ji)術參數
注:限制應用溫(wen)(wen)度(du)在此溫(wen)(wen)度(du)以內,涂(tu)層性能最佳(jia)。
表2 噴涂工藝對比
由于超音速火焰噴涂(tu)技術不僅粒子在沉積過程(cheng)中飛行速度快,而(er)且噴涂(tu)的(de)溫度也低,這樣就保證了碳化(hua)鎢(WC)的(de)分(fen)解和氧化(hua)物含量的(de)控制,使涂(tu)層組織更致密(mi),影(ying)響涂(tu)層性能的(de)有害相(xiang)或組織更少,涂(tu)層更耐(nai)磨耐(nai)沖蝕。
在(zai)確定(ding)耐(nai)磨(mo)球閥(fa)密(mi)封面硬化工(gong)藝的(de)同時,應(ying)在(zai)大量(liang)的(de)試(shi)驗基礎上,通過(guo)優化改(gai)進噴涂(tu)工(gong)藝參數(shu),解決導致(zhi)涂(tu)層(ceng)(ceng)易產生裂紋的(de)主要(yao)問題(ti),即涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)殘存應(ying)力(li)(li)應(ying)控制在(zai)壓應(ying)力(li)(li)狀態(tai)。同時為降低密(mi)封面的(de)摩擦系數(shu),從而(er)降低閥(fa)門(men)的(de)操作扭矩,不僅要(yao)嚴格(ge)控制噴涂(tu)粉末的(de)粒(li)度,而(er)且需在(zai)涂(tu)料(liao)中加入(ru)一定(ding)配比(bi)的(de)耐(nai)高(gao)溫潤滑劑(ji),以便(bian)較(jiao)好地制備(bei)各方(fang)面性能(neng)優異的(de)耐(nai)磨(mo)耐(nai)蝕涂(tu)層(ceng)(ceng)。
5 設計和生產應注意的問題
多相(xiang)流工況條件下(xia)應用的(de)耐磨球閥不(bu)僅要求其耐磨耐沖蝕,而且還要充分考慮操作(zuo)的(de)可靠性。從硬(ying)化層的(de)制備、合理(li)的(de)結構設計(ji)、模(mo)擬(ni)工況的(de)計(ji)算(suan)、閥門零部件的(de)加工精(jing)度(du)、到閥門的(de)檢驗驗收(shou),每(mei)個(ge)環節的(de)要求都(dou)不(bu)同于常規的(de)產品。在設計(ji)和生(sheng)產中,應注意以(yi)下(xia)問題(ti):
1)設(she)計的(de)結構應防(fang)物(wu)(wu)料在(zai)彈簧(huang)腔處堆積和防(fang)止(zhi)物(wu)(wu)料粘(zhan)結關閉件(刮掃功(gong)能)。在(zai)多相(xiang)流(liu)(liu)介質(zhi)工況下,閥腔盡量設(she)計為流(liu)(liu)線型。
2)多相(xiang)流工況下(xia)特(te)別(bie)是粘性(xing)的(de)油(you)渣介質,介質流動阻力對閥門操作扭矩(ju)的(de)影響。
3)合理應(ying)用涂(tu)層與(yu)基(ji)體材料(liao)在高溫下膨脹系數的不同。
4)因金屬(shu)陶瓷涂(tu)層(ceng)的多孔(kong)性,介(jie)質(zhi)中存在腐蝕(shi)性物質(zhi)(如硫(liu)、硫(liu)化氫等(deng))對涂(tu)層(ceng)密封面(mian)產(chan)生的腐蝕(shi)裂紋,應采(cai)用(yong)封孔(kong)技術。
5)對重要零部件(jian)材料(liao)進行質量監控(化學成分、機械(xie)性能(neng)、熱處理等)。
6 結語
用于惡(e)劣工(gong)況耐磨(mo)球(qiu)閥(fa)(fa)的(de)(de)可靠性(xing)和(he)使用壽(shou)命取決于密(mi)封面硬(ying)化(hua)工(gong)藝和(he)球(qiu)體的(de)(de)加工(gong)精度(du),以(yi)及(ji)閥(fa)(fa)門的(de)(de)結構設計(ji)。金屬硬(ying)密(mi)封球(qiu)閥(fa)(fa)的(de)(de)設計(ji)、制(zhi)造、檢測(ce)目前國內(nei)已經形成(cheng)了完備的(de)(de)質(zhi)量保(bao)障體系,耐磨(mo)球(qiu)閥(fa)(fa)的(de)(de)加工(gong)、試驗手段也已達到(dao)國際領(ling)先水平(ping)。