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阀门材质适用介质说明

发布时间:2016-11-12
阀门材质适用介质说明
1、阀门常用材料性能
(1)铸铁
①灰铸铁:如HT200、HT250等,适用于PN≤16,工作温度在-10℃~100℃之间的油类、一般性质的液体介质(水、蒸汽、石油产品等);PN≤10,工作温度在-10℃~200℃之间的蒸汽、一般性质气体、煤气、氨气等介质(氨、醇、醛、醚、酮、酯等腐蚀性较低的介质)。它不适用于盐酸、硝酸等介质。但能用于浓硫酸中,这是因为浓硫酸能对其金属表面产生一层纯化膜,以阻止浓硫酸对铸铁的腐蚀。
②可锻铸铁:如KTH350-10、KTH450-06等,适用于PN≤25,工作温度在-10℃~300℃之间的蒸汽、一般性质气体和液体、油类等介质。其耐蚀性能与灰铸铁相似。
③球墨铸铁:如QT400-15、QT450-10等,适用于PN≤25工作温度在-10℃~300℃之间的蒸汽、一般性质气体及油类等介质。其耐腐蚀性较强,能在一定浓度的硫酸、硝酸、酸性盐中工作。但不耐氟酸、强碱、盐酸和三氯化铁热溶液的腐蚀。使用时要避免骤热、骤冷,否则会破裂。
④镍铸铁:耐碱性能比灰铸铁、球墨铸铁阀门强;用于稀硫酸、稀盐酸和苛性碱中,镍铸铁是一种理想的阀用材料。
(2)碳素钢
碳素钢有WCA、WCB和WCC等,适用于工作温度在-29~425℃之间的蒸汽、非腐蚀性气体、石油及相关制品等介质。
(3)不锈钢
①304系列不锈钢一般适用于工作温度在-196℃~650℃之间的蒸汽、非腐蚀性气体、石油及相关制品等介质;工作温度在-30℃~200℃之间的腐蚀性介质。其耐大气性优良,能耐硝酸和其它氧化性介质,也能耐碱、水、盐、有机酸及其它有机化合物的腐蚀。但不耐硫酸、盐酸等非氧化性酸的腐蚀,也不耐不干燥的氯化氢、氧化性的氯化物和草酸、乳酸等有机酸。
②在304的基础上增含2%~3%钼的316系列不锈钢,其耐蚀性能比304系列不锈钢更为优越,它在非氧化性酸和热的有机酸、氯化物中的耐蚀性能比铬镍不锈钢好,抗孔蚀性也好。
③含钛或铌的321、347系列不锈钢对晶间腐蚀有较强的抵抗力。
④含高铬、高镍的904L系列不锈钢,其耐蚀性能比普通不锈钢更高,可用于处理硫酸、磷酸、混酸、亚硫酸、有机酸、碱、盐溶液、硫化氢等,甚至可用于某些浓度下的高温场合。但不耐浓或热的盐酸、湿的氟、氯、溴、碘、王水等的腐蚀。
(4)铜合金
铜合金主要适用于PN≤25,工作温度-40℃~180℃之间氧气、海水管路用的阀门中,其对水、海水、多种盐溶液、有机物有良好的耐蚀性能。对不含有氧或氧化剂的硫酸、磷酸、醋酸、稀盐酸等有较好的耐蚀性,同时对碱有很好的抗力。但不耐硝酸、浓硫酸等氧化性酸的腐蚀,也不耐熔融金属、硫和硫化物的腐蚀。切忌与氨接触,它能使铜及铜合金产生应力腐蚀破裂。选用时应该注意,铜合金的牌号不同,其耐腐蚀性有一定的差异。 阀门材质
(5)铝合金
铝合金对强氧化性的浓硝酸的耐蚀性好,能耐有机酸和溶剂。但在还原性介质、强酸、强碱中不耐蚀。铝的纯度越高,耐蚀性越好,但强度随之下降,只能用作压力很低的阀门或阀门衬里。
(6)钛合金
钛合金主要适用于PN≤25,工作温度在-30℃~316℃之间的海水、氯化物、氧化性酸、有机酸、碱类等介质。钛是活性金属,在常温下能生成耐蚀性很好的氧化膜。它能耐海水、各种氯化物和次氯酸盐、显氯、氧化性酸、有机酸、碱等的腐蚀。但它不耐较纯的还原性酸,如硫酸、盐酸的腐蚀,却耐含有氧化剂的硝酸腐蚀。钛阀门对孔蚀有良好的抗力。但在红发烟硝酸、氯化物、甲醇等介质中会产生应力腐蚀。
(7)锆合金
锆也属于活性金属,它能生成紧密的氧化膜,它对硝酸、铬酸、碱液、熔碱、盐液、尿素、海水等有良好的耐蚀性能,但不耐氢氟酸、浓硫酸、王水的腐蚀,也不耐湿氯和氧化性金属氯化物的腐蚀。


(8)陶瓷
陶瓷以二氧化硅为主熔化烧结制成的阀门,如氧化锆、氧化铝、氮化硅等,除有极高的耐磨、耐温、隔热性能外,还具有很高的耐蚀能力,除不耐氧氟酸、氟硅酸和强碱外,能耐热浓硝酸、盐酸、王水、盐溶液和有机溶剂等介质,一般适用于PN≤6的管路中。这类阀门如使用了其它材料,选用时,应该考虑其它材料的耐蚀性能。
(9)玻璃钢
玻璃钢的耐蚀性能,是随着它的胶粘剂而异。环氧树脂玻璃钢能在盐酸、磷酸、稀硫酸和一些有机酸中使用;酚醛玻璃钢的耐蚀性能较好;肤喃玻璃钢有较好的耐碱、耐酸以及综合性耐蚀性能,其一般适用于PN≤16的管路中。
(10)塑料
塑料阀门的最大特点是耐腐蚀性强,甚至有金属材料阀门所不能具备的优点。一般适用于PN≤6的管路中,随着塑料种类的不同,其耐蚀性差异较大。
①尼龙,又称聚酰胺,它是热塑性塑料,有良好的耐蚀性。能耐稀酸、盐、碱的腐蚀,对烃、酮、醚、酯、油类有良好的耐蚀性。但不耐强酸、氧化性酸、酚和甲酸的腐蚀。
②聚氯乙烯:聚氯乙烯是热塑性塑料,有优良的耐蚀性能。能耐酸、碱、盐、有机物。不耐浓硝酸、发烟硫酸、醋酐、酮类、卤代类、芳烃等的腐蚀。
③聚乙烯:聚乙烯有优良的耐蚀性能,它对盐酸、稀硫酸、氢氟酸等非氧化性酸以及稀硝酸、碱、盐溶液和在常温下的有机溶剂都有良好的耐蚀性。但不耐浓硝酸、浓硫酸和其它强氧化剂的腐蚀。
④聚丙烯:聚丙烯是热塑性塑料,其耐蚀性与聚乙烯相似,稍优于聚乙烯。它能耐大多数有机酸、无机酸、碱、盐,但对浓硝酸、发烟硫酸、氯磺酸等强氧化性酸的耐蚀能力差。
⑤酚醛塑料:酚醛塑料能耐盐酸、稀硫酸、磷酸等非氧化性酸、盐类溶液的腐蚀。但不耐硝酸、铬酸等强氧化酸、碱和一些有机溶剂的腐蚀。
⑥氯化聚醚,又称聚氯醚,是线型、高结晶度的热塑性塑料。它具有优良的耐蚀性能,仅次于氟塑料。它能耐浓硫酸、浓硝酸外的各种酸、碱、盐和大多数有机溶剂的腐蚀,但不耐液氯、氟、溴的腐蚀。
⑦聚三氟氯乙烯:它与其它氟塑料一样,具有优异的耐蚀性能和其它性能,耐蚀性能稍低于聚四氟乙烯。它对有机酸、无机酸、碱、盐、多种有机溶剂等有良好的耐蚀性能。在高温下含有卤素和氧的某些溶剂,能使其溶胀。它不耐高温的氟、氟化物、熔碱、浓硝酸、芳烃、发烟硝酸、熔融碱金属等。
⑧聚四氟乙烯:聚四氟乙烯具有非常优异的耐蚀性能,它除了熔融金属锂、钾、钠、三氟化氯、高温下的三氟化氧、高流速的液氟外,几乎能耐所有化学介质的腐蚀,缺点是其具有冷流性。
(11)衬里
由于塑料强度低,很多阀门采用金属材料做外壳,用塑料、橡胶等做衬里。衬里阀门一般适用于PN≤16的管路中,随着衬里材料的不同,其耐温、耐蚀性也不相同。塑料衬里:塑料衬里的耐蚀性与上述塑料中的相应材料相同。但选用时,应该考虑塑料衬里阀门中使用的其它材料的耐蚀性能。
橡胶衬里:橡胶较软,因此很多阀门采用橡胶做衬里,以提高阀门的抗蚀性能和密封性能。随橡胶种类的不同,其耐蚀性差异较大。经过硫化的天然橡胶能耐非氧化性酸、碱、盐的腐蚀,但不耐强氧化剂,如硝酸、铬酸、浓硫酸的腐蚀,也不耐石油产品和某些有机溶剂的腐蚀:因此,天然橡胶被合成橡胶逐渐代替。合成橡胶中的丁腈橡胶耐油性能好,但不耐氧化性酸、芳烃、酯、酮、醚等强溶剂的腐蚀;氟橡胶耐蚀性能优异,能耐各类酸、碱、盐、石油产品、烃类等,但耐溶剂性不及氟塑料;聚醚橡胶可用于水、油、氨、碱等介质。
③铅衬里:铅属活性金属,但因材质软,常用作特殊阀门的衬里。铅的腐蚀产物膜是很强的保护层,它是耐硫酸的有名材料,在磷酸、铬酸、碳酸及中性溶液、海水等介质中具有较高的耐蚀性能,但不耐碱、盐酸的腐蚀,也不适于在它们的腐蚀产物中工作。
2、阀门材料选用
(1)阀体材料选用
对于钢和镍合金阀体和阀盖材料的选择在ASME B16.34表1中已经列出。这个表被分为三组:第1组是黑色金属材料;第2组是奥氏体不锈钢材料;第3组是与特殊的压力—温度等级表相关的镍合金材料。在ASME B16.1(铸铁)、ASME B16.24(铜合金)、ASME B16.42(球墨铸铁)中含有其他材料。
对于表中涉及温度和热处理范围的注释,需要给予特别关注。通过查阅这些温度-压力表,压力-温度额定值为选择合理的满足机械强度需求提供了依据。此外材料对许多存在于过程流体流动工况中材料性能下降机理,也应该给予考虑,例如受到腐蚀、应力开裂、低温和高温、含氢工况影响等。
(2)阀门内件选用
① 通则
阀门内件材料的选用不只是阀座密封面材料,在API 600和API 602包含的内件表中对其有明确定义。通常对于所有类型的阀门其内件包括所有与过程流体接触的部件。如果没有定义特殊的要求,那么API标准要求内件材料的耐腐蚀性必须至少与阀体材料的耐腐蚀性相同。
② 闸阀
对于闸阀,其内件为关闭件和阀座密封面以及阀杆和上密封座。正如API标准中所指出的,一个避免阀座磨损的关键因素是为与其相配合的一对密封面提供一个不同的硬度,除非两个密封面都是硬面。在参考标准中提供了内件表。某些合理内件是在一个或两个表面进行耐磨堆焊,以更好的确保密封面长期具有耐磨损性能、耐腐蚀性能和耐磨性能。
③ 其他阀门内件
对于止回阀,其内件被定义为关闭件和阀座密封面。在参考标准中提供了内件表。某些合理的内件是在一个或两个表面进行耐磨堆焊,从而更好的确保阀座在长期磨损、腐蚀和耐磨性工况使用中不会失效。
对于球阀,其关闭件被定义为阀门的内部金属件,例如球体、阀杆和金属阀座或阀座支座。这些件都可以具有与壳体相同的名义化学成分,以及具有与壳体材料相似的机械性能和耐腐蚀性能。
对于蝶阀,所有与过程流体接触的材料都应遵循制造商的标准,除另有规定外。蝶阀内件被定义为阀体阀座密封面、蝶板、蝶板与轴连接件(例如键、销、螺钉等)和全部与过程流体接触的内部紧固件。轴和轴套的材料与内件材料的腐蚀性能相似。
对于旋塞阀,要求旋塞和阀杆材料的耐腐蚀性至少与阀体材料相同。
对于截止阀,其内件如API 602中定义。
(3)阀座密封面—软阀座
球阀和蝶阀经常使用带有弹性的、非金属的阀座来提供密封。API 608和API 609中包含带有压力-温度额定值规定的PTFE和增强型PTFE材料。其他软阀座材料的压力-温度额定值,经购买者和制造商商定。PTFE阀座的使用温度范围往往是177℃到225℃(350℉到400℉)。对于一些用于液体工况中的软阀座球阀,应该考虑中腔泄压要求。
(4)阀杆密封—逸散性排放
通常用于工艺管道中的阀杆填料为一种柔性石墨。新阀门填料典型设计方法是:放置几个压制成形的几道填料环,填料环上面放置一个编织材料环以及在堆叠填料的底部放置一个编织材料环。这种编织材料“擦拭环”有助于防止压制填料环被挤出填料函。与先前使用的石棉材料相比,目前阀门填料技术有效地阻止了轻烃泄漏(逸散性排放)。影响柔性石墨填料材料性能的关键因素有:碳的百分含量、填料密度和抗腐蚀/氧化剂。为提高阀杆填料性能,MSS SP-120中对用于升降阀杆阀门的柔性石墨填料系统进行了很好的讨论。API 622的填料应予以考虑。
虽然石墨材料在温度高于343℃(650℉)时易氧化,但是其已经被成功的用于使用温度大于等于538℃(1000℉)阀门中。
动加载和超时工况中的填料,由于“填料压实”可能会导致其密封性能降低。这使压盖载荷减小,导致填料泄漏。这种“动加载”的过程可能是合理的选择,包含由碟形弹簧加载的填料压盖,从而提供了一种维持填料压盖载荷的方法以帮助延长填料有效使用时间。
某些四分之一旋转阀门的阀杆可能会用弹性O形圈密封。这些密封圈的使用温度范围可能会低于PTFE。
波纹管密封阀门已经被用于蒸汽和某种有危险/有毒的工况中,从而减少潜在的填料泄漏。在API 602中阀门的公称通径由NPS 1/2到NPS 2。API 602除传统填料外还包括波纹管阀杆密封的设计方法和试验细节。
(5) 阀盖垫片
API 600提供了几种阀盖垫片的选择类型:实心金属、包覆式金属、嵌入石墨片的波形金属(仅仅适用于150磅级),环连接,缠绕式(大于等于300磅级)和增强型柔性石墨垫片其仅仅适于150磅级(买方批准时)。这种阀盖垫片在—29℃到538℃(—20℉到1000℉)温度中使用时是合理的。
API 602要求阀盖法兰垫片类型为填充柔性石墨的缠绕式垫片,除非另有规定。设计要求防止垫片的过度压缩。
API 603阀盖垫片设计与API 600相似。带有压缩限制和柔性石墨填料缠绕式垫片(压力等级≥300磅级)是被允许的。API 603没有定义一个更高的温度要求。

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