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炎唐阀门

提高超高压阀门寿 命的措施

2014/12/19-提高超高压阀门寿 命的措施
一、概述:

 

目前超高压技术已 被广泛应用于超硬材料制造、化学工业、石油化工、加工技术、等静压处理、超高静压挤压、粉末冶金、金属成形以及地球物理、地质理学研究等领域。由于高压技术的广泛使用,超高压系统中的超高压阀门性能直接影响整个系 统工作的可靠性、安全性、工作效率和使用寿命。在那些须频繁增压卸压的系统中,显得尤为重要。超高压阀门的主要失效原因为,气蚀和冲蚀磨损,而影响气蚀和冲蚀的因素很多,主要有材料的力学性能、流体力学因素和环境 影响。要提高阀门抗气蚀和冲蚀磨损的能力,可以采用许多方法。

 

二、材料选择 :

 

为了提高超高压阀 门抗冲蚀磨损的能力,通常选择抗蚀材料:

• 硬度高的材料。

• 有耐酸蚀保护膜的 材料。

• 屈服点高、稳定性 好的材料。

• 疲劳强度高的材料 。

 

要提高材料的各种 性能,一是采用合金华,二是采用适当的热处理。合金化法是通过改变钢的化学成分,研制各种特殊性能的新材料。热处理法是不改变钢的化学成分,而是对钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却,以改变钢的组织结构,提高 材料的性能。

 

三、热处理与表面 硬化处理:

 

对于超高压阀门使 用的材料,通常采用热处理和表面硬化处理方法提高其抗挤压和耐冲蚀性能。

 

1、真空热处理

 

真空热处理是指将 工件置于真空中进行的热处理工艺。真空热处理在加热中不产生氧化、脱碳及其他腐蚀,而且具有净化表面脱油除脂的作用。在真空中能将材料在冶炼过程中吸收的氢、氮和氧扽气体脱出,提高材 料的质量和性能。如:将 W18Cr4V 制作的超高压针阀 进行真空热处理后,有效地增加了针阀的冲击任性,同时提高了力学性能和使用寿命。

 

2、表面强化处理

 

为了提高零件的性 能,除了改变材质以外,更多的是采用表面强化处理方法。如表面淬火(火焰加热、高中频加热表面淬火、接触电加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光电子束加热表面淬火等)、渗碳、氮化、氰化、渗硼、渗金属( TD 法)、激光强化、 化学气相沉积(CVD 法)、物理气相沉 积(PVD 法)、等离子体化 学气相沉积(PCVD 法)等离子喷涂等 。

 

物理气相沉积( PVD 法)

 

在真空中应用蒸镀 、离子镀、溅射等物理方法产品金属离子,这些金属离子在工件表面沉积,形成金属涂层,或与反应器反应形成化合物涂层,这种处理工艺方法称为物理气相沉积,简称 PVD 法。此方法沉积温 度低,处理温度 400~600℃,变形小,对零 件的基体组织及性能影响小。利用 PVD 法在 W18Cr4V 制造的针阀上沉积 TiN 层,而 TiN 层有极高的硬度( 2500~3000HV)和高耐磨性,提 高了阀门抗腐蚀性,在稀的盐酸、硫酸、硝酸中不受侵蚀,能保持光亮表面。PVD 处理后覆盖层精度 很好。可研磨抛光,其表面粗糙度为 Ra0.8µm,抛光后可达到 0.01µm

 

渗金属法

 

将工件置于添加有 扩散元素或其合金的硼砂沐浴中,在工件表面形成 V、Nb、Cr、Ti 等高硬度碳化物层 ,这种处理工艺方法称为:渗金属(TD)法。该工艺稳定 性好,无公害,零件表面清洁,是一项行之有效的表面超强度硬化技术,从而极大地提高零件的使用寿命。TD 法浴用材料以含 40‰~80‰ 的 Ni,10‰~30‰ 的 Cr 合金或 Fe-Ni-Cr 合金制件,其耐蚀 性和抗氧化性最强。

 

渗入法

 

渗入法可使零件表 面形成致密的渗层,既能够提高零件表面的硬度、耐磨性和疲劳能力,还能提高非不锈钢零件的耐蚀性及不能淬火材质零件的硬度,是提高超高压阀门部件寿命的有效途径。

 

激光表面处理

 

激光表面处理 技术可以改善材料表面的力学性能、冶金性能和物理性能,从而提高零件的耐磨、耐蚀和耐疲劳等性能,以满足不同工况的使用要求。激光表面处理 是采用大功率密度的激光束以非接触性的方式加热材料表面,实现其表面改性的工艺方法。激光表面处理 又分为激光淬火、激光表面熔凝和激光表面合金化。对 W18Cr4V 高速钢进行激光表 面熔凝,功率大于 1200W 使表面微熔,硬度 可提高到 70HRC,而普通淬火的硬 度为 62~64HRC

 

四、采用新工程材 料:

 

选择超高压阀门过 流部件材质时,应考虑流速(最高使用压力)的不同,失重也不同。在较高压下(400MPa 以上),选用硬度 高和红硬性好的材料,如工具钢或硬质合金。在较低压力下(100~400MPa),要求材料既具 有良好的塑性和任性,又要有较高的硬度。如美国 HIP 公司的超高压针阀 ,工作压力为 690MPa 的采用奥氏体 316 不锈钢,工作压力 为 1034MPa 的采用马氏体型沉 淀硬化不锈钢 17-4PH。在国外,用于承 受气蚀的部件材料、阀瓣和阀座等多用马氏体不锈钢和工具钢,阀座基体则用铬铝钢和不锈钢。随着工业用陶瓷技术的开发成功,也出现了陶瓷材料阀门。陶瓷材料在低冲角下具有高的抗冲蚀性能,但由于阀针锥度减少,其端部 强度也随之减少,阀针与阀座的支反力也减少,影响密封的可靠性。因此,在选用陶瓷材料制作阀针时,不仅要考虑其锥度的大小,同时也要考虑其强度。

 

五、采用新结构 :

 

1、采用自紧式密封

 

一般超高压卸荷阀 工作时,阀瓣在介质压力作用下受到一个向上的推力,系统中压力越高所受到向上的推力越大,密封面的比压就越低。并且阀门在关闭的瞬间受到控制压力的作用,对阀座产生很大的冲击力,易损坏密封面而降低阀门的使用寿命 。自紧式可换阀座超高压卸压阀,该阀阀瓣不直接受介质冲刷,降低了冲蚀磨损。阀门关闭时,阀瓣只受小弹簧的弹力作用,使得阀瓣对阀座的冲击力很小,密封面不易受损,提高了阀门使用寿命。由于其结构简单、工作可靠, 能保证阀门在超高压下工作时的稳定性。

 

2、采用楔形阀瓣

 

从力学上分析,因 为锥形阀是悬臂梁,在高压高速流体的冲击下,在高频振动下容易产生振动和疲劳断裂。楔形阀的阀芯为一斜面切割圆柱阀芯而形成,该种形状从力学角度分析,相当于一个简支梁,由于其阀瓣下端紧贴阀座,这样阀瓣的振动很 小或很难发生振动,因而与锥形阀相比,楔形阀在操作过程种的稳定性更好。

 

另外,阀座及阀出 口设计成文丘里喷嘴形,可以减少气蚀和闪蒸。在阀前或阀后装限流孔,能吸收一部分压降,减少阀前发后压降,可以减弱气蚀。如果有闪蒸现象,则不易采用底近侧出流向。采用新的结构是提高超高压卸压阀水压阀寿命的有效 途径。但是,其压力越高,结构应越简单。

 

六、结语:

 

为了延长超高压阀 门的使用寿命,还要考虑其工况环境:

1、避免阀门在小开 度下工作,若阀针开启升程小或开启动作缓慢,在小开度下工作,节流间隙小,冲蚀严重,适当加大锁紧机构的螺距,加大开启速度和升程,工作开度增大,使节流间隙大,冲刷减弱,可提高使用寿命。

2、避免阀门在高温 介质下工作,介质温度对阀门的寿命影响很大,介质温度越高,阀门的寿命越短,反之越长。因此在卸压阀处加冷却装置,也可明显的提高阀门的使用寿命。

3、在不同工作压力 下,使用与之相应的密封压力,选择合适的密封比压,使用力矩扳手进行锁紧,或实现阀门的自动化控制,这样避免阀针在未受到冲刷磨损时与阀座挤压而损伤。

4、定时过滤高压介 质和清洁过滤器,加液体使应用过滤器进行过滤。经常使用时,应适当缩短周期。定期清洗油箱,同时更换新介质,根据设备工作的实际情况可缩短清洗和换油周期。

5、安装或更换针阀 时要对其进行适当的清洗。以免带入杂物,加速针阀的磨损。


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