1. 材料要求
1.1 致密性、純潔性與均質(zhì)性
在現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域，閥門產(chǎn)品所面臨的工況極為復(fù)雜和苛刻。由于煤直接液化反應(yīng)中油煤漿的存在，對(duì)閥門、管道等設(shè)備材料的磨損問題必須加以重視。因此，制造閥門的材料需要具備優(yōu)越的致密性、純潔性和均質(zhì)性，尤其是對(duì)于厚或大斷面的鋼材，這些性能尤為重要。致密性高的材料能夠減少內(nèi)部缺陷，提高材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性；純潔性好的材料則能降低雜質(zhì)含量，避免因雜質(zhì)引發(fā)的腐蝕和磨損；均質(zhì)性良好的材料確保了性能的一致性，使得閥門在不同部位都能均勻地承受壓力和磨損。例如，一些高性能的合金材料，其致密性、純潔性和均質(zhì)性通過嚴(yán)格的冶煉和加工工藝得到保證，從而滿足現(xiàn)代煤化工對(duì)閥門材料的高標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2 化學(xué)成分與力學(xué)性能
閥門材料的化學(xué)成分直接影響其力學(xué)性能和耐腐蝕性。在煤化工環(huán)境中，閥門需要具備滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的化學(xué)成分，以確保在室溫和高溫條件下都能保持良好的力學(xué)性能。通常，會(huì)選用奧氏體不銹鋼等材料來抵抗高溫硫化氫的腐蝕，但這也帶來了不銹鋼的氫脆、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂等問題。因此，材料的選擇需要在抗腐蝕性和力學(xué)性能之間找到平衡。例如，某些特殊合金鋼通過調(diào)整化學(xué)成分，能夠在保持高強(qiáng)度和韌性的同時(shí)，提高對(duì)特定腐蝕介質(zhì)的抵抗力。此外，材料的室溫和高溫力學(xué)性能也必須符合設(shè)計(jì)要求，以確保閥門在不同溫度下的可靠性和安全性。在實(shí)際應(yīng)用中，通過精確控制材料的化學(xué)成分，可以優(yōu)化其微觀結(jié)構(gòu)，從而提高材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和硬度等力學(xué)性能指標(biāo)。
1.3 抗環(huán)境脆化性能
現(xiàn)代煤化工中的閥門經(jīng)常處于高溫高壓氫氣環(huán)境中，氫損傷是一個(gè)不容忽視的問題。在操作狀態(tài)下，閥門內(nèi)壁會(huì)吸收一定量的氫，如果在停工過程中冷卻速度過快，吸附的氫來不及擴(kuò)散出來，就會(huì)造成過飽和氫殘留在器壁內(nèi)。這可能在溫度低于150℃時(shí)引起亞臨界裂紋擴(kuò)展，給閥門的安全使用帶來嚴(yán)重威脅。因此，閥門材料需要具備良好的抗環(huán)境脆化性能，能夠在苛刻環(huán)境下長(zhǎng)期使用而不發(fā)生脆化。在制造過程中，需要注意控制材料中的δ鐵素體含量，例如TP347材料中δ鐵素體含量的控制，以避免在焊后最終熱處理過程中發(fā)生過多的相變，從而產(chǎn)生脆性。通過精確的工藝控制和材料選擇，可以有效提高閥門材料的抗環(huán)境脆化性能，確保閥門在煤化工環(huán)境中的可靠性和安全性。
2. 工藝要求
2.1 原材料質(zhì)量控制
現(xiàn)代煤化工閥門的原材料質(zhì)量控制至關(guān)重要。由于煤直接液化過程的特殊性，閥門材質(zhì)的成分尤其是有害元素含量必須嚴(yán)格控制。例如，硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）及總碳當(dāng)量等指標(biāo)需符合明確的指標(biāo)要求，這些要求通常高于材料的基本普通要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，原材料中硫含量每增加0.01%，閥門的腐蝕速率可能增加10%至20%。因此，鑄造廠需嚴(yán)格篩選原料來源，確保所加工的原料不僅經(jīng)過熔煉，還需進(jìn)一步精煉，以保證鑄件質(zhì)量。此外，原材料的純潔性也極為關(guān)鍵，微小的雜質(zhì)顆粒可能會(huì)在高壓環(huán)境下成為裂紋的源頭，影響閥門的密封性和可靠性。
2.2 精煉與爐前控制
精煉過程是保證閥門材料質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在爐前，需對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格的精煉，以去除雜質(zhì)和有害元素。例如，通過真空精煉技術(shù)，可以有效降低材料中的氫含量，減少氫脆的風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過真空精煉處理的材料，其氫含量可降低至0.001%以下，顯著提高了材料的韌性和抗腐蝕性。同時(shí)，爐前控制也極為重要，需要精確控制熔煉溫度、時(shí)間和氣氛等參數(shù)，以確保材料的化學(xué)成分和性能均勻一致。例如，在奧氏體不銹鋼的熔煉過程中，溫度控制在1500℃至1550℃之間，可保證材料的晶粒細(xì)化和均勻化，提高材料的強(qiáng)度和韌性。
2.3 鑄造工藝限制
現(xiàn)代煤化工閥門的鑄造工藝受到嚴(yán)格限制。由于煤液化過程中的高溫、高壓和臨氫特性，以及煤化工的腐蝕磨損工況，精密鑄造工藝不適用于此類閥門的制造。精密鑄造的鑄件通常比較疏松，均勻性較差，無(wú)法滿足臨氫工況和高溫高壓工況的要求。因此，必須采用非精密鑄造工藝，如砂鑄或金屬型鑄造等，以確保鑄件的致密度和均勻性。此外，鑄造過程中的溫控工藝也非常關(guān)鍵。不同的出爐溫度、澆注溫度、出模溫度及熱處理溫度，都會(huì)敏感地影響產(chǎn)品質(zhì)量。例如，澆注溫度控制在1450℃至1500℃之間，可使產(chǎn)品內(nèi)部組織晶粒細(xì)化，提高鑄件的致密度和強(qiáng)度。同時(shí)，采用全自動(dòng)油淬火生產(chǎn)線進(jìn)行淬火、回火處理，可使鑄件達(dá)到研磨材料基體不破碎、不失圓、耐磨系數(shù)高等特點(diǎn)，確保閥門在苛刻環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
3. 結(jié)構(gòu)要求
3.1 避免煤漿結(jié)焦
在現(xiàn)代煤化工中，閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮煤漿的特性，以防止煤漿結(jié)焦導(dǎo)致閥門失效。油煤漿在流通不暢或靜止時(shí)，容易沉積并發(fā)生聚合反應(yīng)，從而結(jié)焦。例如，在直接液化煤漿管道上使用的球閥，當(dāng)關(guān)閉時(shí)，閥球內(nèi)部的油煤漿無(wú)法排出，沉積在球腔內(nèi)，就可能結(jié)焦抱死。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因煤漿結(jié)焦導(dǎo)致的閥門故障占煤化工閥門故障的30%以上。因此，閥門的設(shè)計(jì)應(yīng)避免煤漿在閥腔內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留和沉積。一種解決方案是采用特殊設(shè)計(jì)的閥腔，如增加導(dǎo)流槽或設(shè)置攪拌裝置，使煤漿在閥門關(guān)閉時(shí)能夠順利排出，減少結(jié)焦的可能性。此外，閥體材料的選擇也應(yīng)考慮其對(duì)煤漿的親和性，選擇不易使煤漿粘附的材料，如某些表面經(jīng)過特殊處理的不銹鋼材料，可以降低煤漿在閥體表面的沉積，進(jìn)而減少結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)。
3.2 便于清洗設(shè)計(jì)
為了確保閥門的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)便于清洗。煤漿在閥門中的沉積不僅會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦，還可能堵塞閥門的通道，影響閥門的啟閉性能。因此，閥門的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到清洗的便利性。例如，采用可拆卸的閥體結(jié)構(gòu)，使得閥體內(nèi)部可以方便地進(jìn)行清洗和維護(hù)。一些閥門設(shè)計(jì)了專門的清洗口，可以通過高壓水或清洗劑對(duì)閥腔進(jìn)行沖洗，有效清除沉積的煤漿。此外，閥座和閥芯的設(shè)計(jì)也應(yīng)便于拆卸和清洗，避免煤漿在這些關(guān)鍵部件上的沉積。例如，采用模塊化的閥座設(shè)計(jì)，可以快速更換或清洗閥座，確保閥門的密封性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，便于清洗的閥門設(shè)計(jì)可以將閥門的維護(hù)周期延長(zhǎng)20%至30%，顯著提高了閥門的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
4. 耐磨性要求
4.1 金屬硬密封與材質(zhì)匹配
在現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域，閥門所面臨的磨損問題極為嚴(yán)峻，尤其是金屬硬密封閥門。金屬硬密封閥門的耐磨性主要取決于密封面的材質(zhì)匹配。理想的材質(zhì)匹配應(yīng)確保密封面在高溫、高壓和腐蝕性環(huán)境中保持良好的密封性能和耐磨性。例如，碳化鎢硬質(zhì)合金是一種常用的密封面材料，其硬度高（可達(dá)80HRC以上），能夠承受水煤漿、煤粉、硅粉等多相顆粒介質(zhì)的高速?zèng)_刷。與之匹配的基體材料，如整體燒結(jié)碳化鎢硬質(zhì)合金，不僅提供了高強(qiáng)度和高硬度，還具有良好的抗氧化性和耐腐蝕性。這種材質(zhì)組合在450℃的工況下，使用壽命可達(dá)12個(gè)月，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)噴涂碳化鎢涂層的閥門。此外，整體燒結(jié)碳化鎢的線膨脹系數(shù)僅為常規(guī)鋼材的1/3至1/2，有效避免了高溫卡塞現(xiàn)象，保障了閥門在高溫差工況下的優(yōu)異動(dòng)作性能。
4.2 高溫啟閉試驗(yàn)
高溫啟閉試驗(yàn)是評(píng)估閥門在高溫環(huán)境下啟閉性能的關(guān)鍵測(cè)試。在現(xiàn)代煤化工中，閥門經(jīng)常需要在高溫環(huán)境下操作，因此必須確保閥門在高溫下能夠靈活啟閉，不會(huì)因熱膨脹或材料性能變化而卡死。試驗(yàn)通常在模擬實(shí)際工況的高溫環(huán)境中進(jìn)行，例如在400℃至500℃的溫度范圍內(nèi)，對(duì)閥門進(jìn)行多次啟閉操作，觀察閥門的啟閉力矩、密封性能和動(dòng)作靈活性。數(shù)據(jù)表明，采用整體燒結(jié)碳化鎢硬質(zhì)合金的閥門在高溫啟閉試驗(yàn)中表現(xiàn)出色，其啟閉力矩在高溫下保持穩(wěn)定，密封性能未出現(xiàn)明顯下降，且動(dòng)作靈活，無(wú)卡滯現(xiàn)象。相比之下，傳統(tǒng)材料的閥門在高溫下啟閉力矩顯著增加，密封性能下降，甚至出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。因此，高溫啟閉試驗(yàn)對(duì)于確保閥門在現(xiàn)代煤化工中的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。
4.3 涂層技術(shù)與閥座設(shè)計(jì)
涂層技術(shù)在提高閥門耐磨性方面發(fā)揮著重要作用。在現(xiàn)代煤化工中，閥門的密封面和易損部件常常采用特殊的涂層技術(shù)，以增強(qiáng)其耐磨性和耐腐蝕性。例如，超音速火焰噴涂（HVOF）技術(shù)可以將耐磨粉末涂層材料以極高的速度噴涂到基體材料表面，形成高硬度、高結(jié)合力和高致密性的涂層。這種涂層的硬度可達(dá)74HRC以上，有效提高了閥門的抗擦傷性能和耐磨性能。此外，閥座設(shè)計(jì)也對(duì)閥門的耐磨性有重要影響。合理的閥座設(shè)計(jì)可以減少介質(zhì)對(duì)密封面的沖擊和磨損，提高閥門的使用壽命。例如，采用刮刀式閥座設(shè)計(jì)，可以在閥門開關(guān)過程中對(duì)球面進(jìn)行刮刷，有效減少球面污物進(jìn)入密封副，保證密封可靠。同時(shí)，閥座的密封等級(jí)要求為ANSI FCI 70-2 VI級(jí)，確保了閥門在高壓和腐蝕性介質(zhì)中的密封性能。通過結(jié)合先進(jìn)的涂層技術(shù)和合理的閥座設(shè)計(jì)，現(xiàn)代煤化工閥門的耐磨性和可靠性得到了顯著提升。
5. 總結(jié)
現(xiàn)代煤化工對(duì)閥門產(chǎn)品在材料、工藝、結(jié)構(gòu)和耐磨性上提出了極為嚴(yán)格的技術(shù)要求。在材料方面，閥門需要具備優(yōu)越的致密性、純潔性和均質(zhì)性，以應(yīng)對(duì)油煤漿等介質(zhì)的磨損問題；同時(shí)，化學(xué)成分和力學(xué)性能必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，確保在高溫高壓環(huán)境下的可靠性和安全性；此外，抗環(huán)境脆化性能也是關(guān)鍵，以防止氫損傷等潛在風(fēng)險(xiǎn)。工藝上，原材料的質(zhì)量控制、精煉與爐前控制以及鑄造工藝的選擇至關(guān)重要，這些因素直接影響閥門鑄件的質(zhì)量和性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，閥門需避免煤漿結(jié)焦導(dǎo)致的失效，并便于清洗，以確保長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。耐磨性方面，金屬硬密封與材質(zhì)匹配、高溫啟閉試驗(yàn)以及涂層技術(shù)與閥座設(shè)計(jì)等措施，有效提升了閥門在苛刻工況下的耐磨性和可靠性。這些綜合技術(shù)要求，不僅保障了現(xiàn)代煤化工閥門在復(fù)雜工況下的高效運(yùn)行，也推動(dòng)了閥門制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。
鄂公安備案號(hào)：42011602001080號(hào) 
