現代煤化工對閥門產品的技術要求



閥門材料要求
　　直接液化也叫加氫液化。在加氫過程中，其閥門、管道及相關設備處于高溫高壓氫氣中，氫損傷就是一個很大的問題。高溫高壓硫化氫與氫共存時的腐蝕也很嚴重。正因為如此，為抗高溫硫化氫的腐蝕通常閥門材料會選用奧氏體不銹鋼。這樣又有可能出現不銹鋼的氫脆、奧氏體不銹鋼的硫化物應力腐蝕開裂及堆焊層氫致剝離現象等損傷。另外還有Cr-Mo 鋼的回火脆性破壞的問題。而且，物流中存在的氨和硫化氫等腐蝕介質可能引起的損傷等也是必須加以慎重考慮的。由于煤直接液化反應中有油煤漿的存在，煤漿對閥門、管道等設備材料的磨損問題必須要進行考慮。因此要求用于制造閥門的材料要具有符合使用要求的綜合性能。具體來說，應該具有：
　　( 1) 作為描述材料內質特性的致密性、純潔性和均質性性能要優越，這對于厚( 或大斷面) 鋼材尤為重要。
　　( 2) 要具備滿足設計規范要求的化學成分、室溫和高溫力學性能的要求。
　　( 3) 要具有能夠在苛刻環境下長期使用的抗環境脆化性能。
　　在閥門招標文件中對于閥門的致密度有明確的要求，對于鍛造閥門，一般會通過對鍛件的鍛造比、晶粒度等要求，來實現控制致密度的要求。但是，對于鑄造閥門，只是在相關的技術文件中，提到應使鑄件體致密度均勻，消除鑄件的縮孔與縮松，少有見到量化指標。其實恰恰是鑄造閥門，往往因為對鑄造工藝的質量控制不同，造成閥門鑄件的質量差別很大，主要影響因素有：成型材料的選擇不同，澆冒口的設置不同，冷鐵位置與數量的選擇不同，凝固順序的差異，以及冷卻時間的不同等，都會導致其致密度、均質性性能差別很大。后續的熱處理工藝也是閥門質量保證的非常關鍵的步驟之一，熱處理爐的溫控、鑄件在熱處理爐中的碼放、保溫時間及冷卻方式與速度等因素都會影響最終閥門鑄件的機械性能。
 
閥門工藝要求
　　煤直接液化既有加氫裝置高溫、高壓、臨氫的特性，又有煤化工腐蝕磨損工況并存的特點，因此，原材料的來源非常關鍵，目前，還沒有找到一個行之有效的方法來控制原材料的選用，一般來講，對閥門材質的成分尤其是有害元素含量，如S、P、O、N 及總碳當量等，提出相應的明確的指標要求，雖然這種要求往往高于材料的基本普通要求，但是，對于最終產品質量，僅靠這些成分指標還是不夠的，因為影響原材料機械性能的微量元素遠不止這些。嚴格的講，我們的要求僅是對常見的危害材料機械性能的微量元素予以控制，并沒有也不可能完全將所有可能出現的對金屬材料機械性能有害元素成分全部羅列出來。因此，鑄造廠應該嚴格控制原料來源，對于所加工的原料不僅應該進行熔煉，還應該進一步進行精煉，特別是加強爐前控制，只有這樣才有可能保證鑄件質量。
 
在保證原材料質量的前提下，針對該類裝置還有一些特殊的要求：
　　(1) 對于現代煤化工裝置的鑄造閥門不能采用精密鑄造工藝。因為煤液化即是加氫裂化工藝，由于氫分子對金屬材料特殊的穿透性，而精密鑄造出來的鑄件比較疏松，均勻性也較差，因此，對于臨氫工況和高溫高壓工況都不適宜采用精密鑄造工藝取得閥門鑄件；
　　(2) 奧氏體不銹鋼要進行固溶化熱處理( 固溶化熱處理溫度為1050 ± 10℃) ，對于321 和347材料，還應進行穩定化熱處理( 穩定化溫度為900± 10℃)；
　　(3) 熱處理爐不應采用燃煤加熱爐，應采用電加熱爐或者是天然氣加熱爐，鑄件在加熱爐內碼放應利于爐內氣流循環。由于煤加熱爐會加大爐體各部位的溫差，因此，不能采用燃煤加熱爐；
　　(4) 鑄件試棒的選取應為聯體試件。“分體”試棒無論是澆鑄過程還是熱處理過程都無法真正代表鑄件本身的特性，與鑄件本身實際的機械性能存在較大的誤差，因此，不能采用“分體”試棒檢驗；
　　(5) 所有閥門必須對鑄件進行射線檢查，檢查的范圍包括閥體、密封元件、閥蓋，鑄鋼件在凝固過程中易產生缺陷，尤其對于鑄鋼件的關鍵部位、應力集中區域、承壓能力薄弱的部位等，應特別加以關注。對于碳鋼、合金鋼鑄造閥門，應逐件進行磁粉或液體滲透檢查。檢查范圍： 閥體、閥蓋和密封元件的外表面及可觸及的內表面和閥桿。對于不銹鋼鑄造閥門，應逐件進行液體滲透檢查。檢查范圍： 閥體、閥蓋和密封件的外表面及可觸及的內表面和閥桿；
　　(6) 每個承壓鑄件的所有補焊面積總和應不超過鑄件的表面積的10%；每個承壓鑄件的重大補焊數量，DN50～DN100 不超過1個；DN150 ～DN250 不超過2 個；DN300 ～DN350 不超過3 個。
　　上述鑄造缺陷的補焊應在最終熱處理之前進行；當在射線探傷時發現有缺陷，且屬于可補焊修復的，允許進行1 次補焊。補焊后應重新拍片檢驗，檢驗合格后該鑄件必須重新進行熱處理。補焊應具備焊接規程及工藝鑒定證書，填充金屬的物理、化學性能及耐腐蝕性均應與母體金屬接近。所有受壓組件的缺陷最終熱處理之后，均不允許通過焊補進行修理。
 
要具有能夠在苛刻環境下長期使用的抗環境脆化性能
　　對于操作在高溫高壓氫環境下的閥門，在操作狀態下，閥門內壁中會吸收一定量的氫。在停工的過程中，若冷卻速度太快，使吸附的氫來不及擴散出來，造成過飽和氫殘留在器壁內，就可能在溫度低于150℃時引起亞臨界裂紋擴展，給閥門的安全使用帶來威脅。閥門制造廠在閥門焊接時需要注意控制TP347 中δ 鐵素體含量，焊態時最大值以10%為宜( 為防止焊接中產生熱裂紋，下限可控制不低于3% ) ，以避免含量過多時在焊后最終熱處理過程發生較多的相變，而產生脆性。
 
閥門結構要求
　　閥門結構的設計應避免煤漿結焦使閥門失效并方便清洗。油煤漿有一個特點： 如果流通不暢或者靜止不動，也就是介質的流況不好，將會沉積并有可能發生聚合反應，從而出現結焦并使閥門抱死。目前在直接液化煤漿管道上使用的切斷閥門全部是球閥，當操作需要切斷管道將球閥關閉時，閥球內部的油煤漿因為無法排出，沉積在球腔內，就有可能結焦抱死。當球閥關閉后，煤漿因為沉積結焦而致閥球無法再次打并將球閥的耐磨層毀損剝落。所以，其實在此工況下選用球閥并不是最合適的選擇。
 
閥門耐磨要求
　　漿料工況下使用的球閥應采用金屬硬密封形式，且閥座與球的材質相同，確保兩者有相同的膨脹系數，在高溫的條件下不會出現球體‘卡死’的現象。由于閥門的很多使用工況是在高溫高壓下的，根據使用經驗，有些閥門在常溫下測試沒有問題，但是在高溫工況下發生啟閉操作困難，究其原因是閥芯與閥體之間產生不同步熱脹造成的。所以，生產廠在出廠前應做高溫啟閉試驗。但高溫啟閉試驗絕不是將整個閥門投入熱源中，使閥門整個溫度升高，這樣所得到的測試結果與實際情況是不符合的。因為，在真正使用過程中，閥門是因介質溫度高而升溫的，此時是閥芯先熱而閥體外表面隨后慢熱起來，如果將整個閥門投入熱源中，則閥體先熱而閥芯后熱，與實際工況正好相反，起不到測試的目的。高溫啟閉試驗應建立與實踐工況相一致的溫度梯度。
 
　　涂層與基本材質的膨脹率應相近。否則，在高溫和常溫交變過程或者高溫下，易產生龜裂，從而更易使涂層剝落。對超音速噴涂(HVOF) 或類似的方法，涂層表面硬度為64～68HRC，結合強度不小于10MPa；對冶金熔合或類似的方法，涂層表面硬度為62 ～68HRC，結合強度不小于70 MPa。涂層的有效厚度(不包括過渡層) 為0.2 ～0.5mm。閥座應采用刮刀式設計。在球體轉動時可提供一個掛刷的動作，防止閥球與閥座間的顆粒沉積。在設計時，應該注意，利用刮刀可以將球體與閥座間的顆粒掛刷掉，但是，這種刮刀設計在有的工況下會帶來另一個問題： 因為附帶了刮刀設計，在刮刀處形成了一個銳角，而這種銳角勢必產生應力集中現象，更加不利于涂層與基材之間的結合，在磨蝕工況下，更易導致涂層的剝落，致使閥座毀損。