哈氏合金鋼球閥設計參數

哈氏合金鋼球閥設計參數 哈氏鋼球閥設計參數 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華惠州熱電應用，現在介紹哈氏合金鋼球閥設計參數如下：
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 結構長度：按照客戶要求；
l 泄漏等級：FCI 70.2 VI；
l 設計標準： ASME B16.34，API6D等
l 適用溫度：常溫。
2、哈氏合金鋼球閥設計標準
設計規范：設計和制造按ASME B16.34；
閥門結構長度按ASME B16.10；
法蘭尺寸按ASME B16.5。
參考標準：
API 6D-2008《石油和天然氣工業管線輸送系統管線閥門》；
API 598-2009《閥門的檢查我和試驗》 ；
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《質量綱要規范》；
NACE-MR-0175-2003 《油田設備用抗硫化物應力腐蝕斷裂和應力腐蝕裂紋的金屬材料》；
API 607  《閥門火燒試驗》等。
（填上哈氏合金標準號）


哈氏合金鋼球閥設計參數常用哈氏合金
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碳化物和其他相的析出，從而確保即使在焊接狀態下也有良好的耐蝕性能。 
*，哈氏B-2合金在各種還原性介質中具有優良的耐腐蝕性能，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、甲酸等有機酸、溴酸以及氯化氫氣體中均有優良的耐蝕性能，同時，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通常應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工藝過程中。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調式減壓閥,自力式減壓閥但在哈氏B-2合金多年的工業應用中發現：（1）哈氏B-2合金存在對抗晶間腐蝕性能有相當大影響的兩個敏化區：1200~1300℃的高溫區和550~900℃的中溫區；（2）哈氏B-2合金的焊縫金屬及熱影響區由于枝晶偏析，金屬間相和碳化物沿晶界析出，使其對晶間腐蝕敏感性較大；（3）哈氏B-2合金的中溫熱穩定性較差。當哈氏B-2合金中的鐵元素含量降至2%以下時，該合金對β相（即Ni4Mo相，一種有序的金屬間化合物）的轉變敏感。當合金在650~750℃溫度范圍內停留時間稍長，β相瞬間生成。β相的存在降低了哈氏B-2合金的韌性，使其對應力腐蝕變得敏感，甚至會造成哈氏B-2合金在原材料生產(如熱軋過程中)、設備制造過程中（如哈氏B-2合金設備焊后整體熱處理）及哈氏B-2合金設備在服役環境中開裂。現今，我國和世界各國的有關哈氏B-2合金抗晶間腐蝕性能的標準試驗方法均為常壓沸騰鹽酸法，評定方法為失重法。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哈氏B-2合金的晶間腐蝕傾向相當不敏感。國內科研機構用高溫鹽酸法對哈氏B-2合金進行研究發現：哈氏B-2合金的耐蝕性能不僅取決于其化學成分，還取決于其熱加工的控制過程。當熱加工工藝控制不當時，哈氏B-2合金不僅晶粒長大，而且晶間會析出現高Mo的σ相，此時，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：1330~1380℃，磁導率：(℃，RT)≤1.001
三、化學成分
化學成分
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、鉛或其他低熔點金屬污染物的環境下加熱，則會變脆，這些污染物的來源主要包括標記筆痕跡、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。
對加熱爐的氣體環境要求是中性環境或輕還原性環境，并且不可以在氧化性和還原性之間波動。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏B-2合金。同時要以快的加熱速度把材料加熱到要求達到的溫度，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℃范圍內進行熱加工，加工過后應該以水淬火。為了確保有的耐蝕性能，熱加工過后應該退火。
3：冷加工
冷加工的哈氏B-2合金必須經過固溶處理，由于其具有比奧氏體不銹鋼高得多的加工硬化率，所以成形設備要細心考慮。如果執行了冷成形工藝，那么有必要進行級間退火。冷加工變形量超過15%時，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，之后進行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上時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先的防范。哈氏合金材料或設備部件在進行熱處理時要注意以下一些問題：為了防止設備部件熱處理變形，應采用不銹鋼加強環；對裝爐溫度、加熱和冷卻時間應嚴格控制；裝爐前，對熱處理件進行預處理，防止產生熱裂紋；熱處理后，對熱處理件99%PT；在熱處理過程中如產生熱裂紋，經過打磨消除后需補焊者，要采用專門的補焊工藝。
5：除垢
哈氏B-2合金表面的氧化物和焊縫附近的污點都要以精細的砂輪等打磨干凈。
由于哈氏B-2合金對氧化性介質比較敏感，因此酸洗過程中會產生較多的含氮元素的氣體。
6：機加工
7：焊接
哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區由于易析出β相而導致貧Mo，從而易于產生晶間腐蝕，因此，哈氏B-2合金的焊接工藝應謹慎制定，嚴格控制。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，施焊前，焊絲、被焊接件坡口及相鄰部位應進行去污脫脂處理。
哈氏B-2合金熱傳導系數比鋼小得多，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力并改善抗應力腐蝕斷裂性能。


3、哈氏合金鋼球閥材料的選擇
根據氫氣特性，閥門主要部件材料選擇如下：
閥體、側蓋、：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
根據氫氣特性，閥門主要部件材料選擇如下：
閥體、側蓋、：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；（這二項與介質接觸，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行重熔熱處理，減少硬質合金表面的孔隙率，提高涂層致密度，增加噴涂的硬質合金與本體的結合力，與底材更牢固地粘結,使其成為一體。可有效地抑制裂紋的產生和擴展，從而提高涂層的硬度和韌性，并獲得適當的硬度/韌性比和降低殘余應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，同時又要有良好的機械性能，能夠提供密封所需要預緊力，因此采用了inconel X-750合金材料。
閥桿材料的選擇
閥桿的設計與球體分離，便于維修，以及更換密封材料。閥桿與球體連接傳遞大扭矩。閥桿可以選用高強度的XM-19（耐腐蝕上可能不行），表面鍍ENP，提高硬度。


閥體與側體的密封材料選擇
閥體與側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。在閥體與側體之間增設了O型圈（諾是金屬的可以，橡膠類O形圈可能溫度上不可以），作為一級密封。纏繞墊作為次級密封。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，焊縫影響區耐腐蝕性，具有很好的熱穩定性及可加工性，在農業化工、核設施、生物制藥等苛刻工業環境中被應用。它在濕氧、亞硫酸、醋酸、甲酸和強氧化鹽的介質中，也具有優異的耐蝕性、耐均勻腐蝕性及耐晶間腐蝕性，因此在化學工業也被廣泛應用，合哈氏金的導電率和導熱系數要比低碳鋼低得多，而電阻率和膨脹率都比低碳鋼高得多，熔池流動性差，潤濕性差，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 標準要求。
4、哈氏合金球閥設計方案結構示意圖



5、哈氏合金球閥結構特點
本球閥通過球體90°旋轉打開或關閉，實現管路的聯通與切斷功能。
閥門通過閥桿上鍵與執行機構（電動、氣動、蝸輪傳動、液動或氣液聯動等）連接。執行機構輸出力矩，傳遞于閥桿，閥桿帶動球體旋轉90°，實現閥門啟閉動作。
閥體：采用哈氏合金鍛鋼材料。化學成分和機械性能符合ASME 標準要求。
閥桿是傳遞閥門扭矩的關鍵件，閥桿表面加工的光潔度影響整個閥門的扭矩。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。
閥桿上設計了防靜電結構，保證了球體與閥桿，以及閥桿與閥體之間的金屬連接。符合相關設計標準要求。
 
球體與閥座的加工是整個閥門密封性能的關鍵。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合金。球體在加工中嚴格控制了球面的圓度，達到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，增強了硬質合金與基體之間的結合力。
球體與閥座使用設備進行配對研磨。裝配之前，再經過技師們的手工研磨和測試，使密封面的光潔度可達0.2以上，以保證球體密封面和閥座密封面99% 接觸。從而使泄漏等級達到FCI 70-2 VI級（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，保證了閥門長壽命特點。
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計，引進了的唇形密封座（Lipseal）。并結合了自身多年的特種閥門設計研發經驗，以及各類金屬密封圈的研制經驗（如：金屬C型圈，空心金屬O型圈，金屬U型圈等），將其改進，達到了更優密封效果。我公司稱其密封圈為：U型彈簧蓄能增壓密封圈，并向國家局申報了實用型。
浙江摩根閥門有限公司自主研發的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致的受力不均現象。U型彈簧蓄能增壓密封圈在不同的溫度與壓力下，經過反復驗證，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密封，可以實現閥座DBB（或DIB）的功能，符合API 6D設計要求。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壓力與溫度的變化自身調節，同時還降低了閥門的扭矩。介質的壓力結合金屬圈的彈性蓄能為密封比壓提供了小預緊力。巧妙地結構設計，大大的延長了閥門的使用壽命。閥門閥桿與填料處設計多重密封組合，既設計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滿足MESC SPE 77/312微泄露試驗。密封結構詳見小樣圖。
6、執行機構的選擇
分體式固定硬密封球閥的結構設計，可以滿足客戶對不同執行機構的要求。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求