Приложение на сплави от неръждаема стомана във вентили
(1) Аустенитна неръждаема стомана: Устойчив на -корозия-клапан материал за общо предназначение
1.304 (06Cr19Ni10) неръждаема стомана
Характеристики на състава: Съдържа 18-20% хром, 8-10,5% никел и съдържание на въглерод по-малко или равно на 0,08%. Има отлична устойчивост на корозия и устойчивост на окисление.
Предимства в производителността
Той може да издържи на корозия от атмосферата, водата и слабо корозивните среди (като азотна киселина и органични киселини).
Има отлична пластичност и издръжливост при стайна температура и лесно се обработва и формира.
Не-магнитни, подходящи за чувствителни-магнитни среди.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работната температура обикновено е между -196 градуса и 300 градуса, а приложимият диапазон на налягане обикновено е от ниско налягане до средно налягане. Специфичният капацитет за устойчивост на налягане е свързан със структурата и дизайна на клапана. Обичайните номинални налягания са PN16 - PN40 (приблизително 1,6MPa - 4.0MPa).
Сценарии за приложение на клапани
Шибъри и вентили във водни системи (питейна вода, канализация);
Санитарни сферични кранове и дроселови клапи за хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост;
Тръбопроводни вентили за слабо корозивни газове (като въздух и въглероден диоксид).
Ограничения: Корозионното напукване под напрежение е склонно да се появи в среди, съдържащи хлоридни йони (като морска и солена вода).
2. 316 (06Cr17Ni12Mo2) неръждаема стомана
Подобряване на компонента: добавени са 2-3% молибден, което значително повишава устойчивостта на корозия.
Акценти в изпълнението
Има силна устойчивост на корозия на хлоридни йони и може да се използва в среди, съдържащи сулфати и хлориди.
Неговата висока-температурна устойчивост е по-добра от тази на 304 и може да се използва при температури до 400 градуса.
Има добра заваряемост и е подходящ за производство на вентили за високо{0}}налягане.
Приложим диапазон на температура и налягане: Диапазонът на работната температура е приблизително -196 градуса до 400 градуса, а диапазонът на прилагане на налягането е относително широк, което може да отговори на работните условия при средно и високо налягане. Общото номинално налягане може да достигне PN63 (около 6,3 MPa) и дори изискванията за производство на клапани с по-висок клас налягане.
Типични приложения
Вентили за тръбопроводи за сярна киселина и фосфорна киселина в химическата промишленост;
Клапани за системи за обезсоляване на морска вода в морското инженерство;
Клапани за кондензна вода при рафиниране на нефт.
Случай: Системата за впръскване на морска вода на определена офшорна нефтена платформа използва сферични кранове 316L (ниско-въглеродна версия 316), които успешно и стабилно работят в среда на морска вода (с налягане от приблизително 1,5 MPa и температура от 20 градуса - 30 градуса ) повече от 10 години.
3. 310S (06Cr25Ni20) неръждаема стомана
Високо{0}}температурни характеристики: Съдържащ 25% хром и 20% никел, максималната работна температура може да достигне 1200 градуса.
Клапан приложение
Регулиращ клапан за-висока температура на димните газове за пещ за термична обработка
Шибърът на тръбопровода за прегрята пара на котела;
Бътерфлай клапа на изпускателната система на инсинератора.
Приложим диапазон на температура и налягане: Максималната работна температура може да достигне 1200 градуса, но здравината ще намалее при високи температури, така че трябва да бъде проектиран с топло{1}}устойчива структура. По отношение на налягането често се използва в парни системи със средно и високо-налягане, като налягането обикновено варира от 2,5MPa до 10MPa.
Предпазни мерки: Силата намалява при високи температури. Структурата на клапана трябва да бъде разумно проектирана, за да гарантира безопасността.
(2) Дуплексна неръждаема стомана: баланс между висока якост и устойчивост на корозия
1. 2205 (S31803/022Cr22Ni5Mo3N) дуплексна стомана
Характеристики на микроструктурата: дуплексна структура от аустенит + ферит, с якост два пъти по-голяма от 316.
Предимства в производителността
Има изключително силна устойчивост на хлоридна стрес корозия (по-висока от 316);
Притежава изключителна устойчивост на точкова и цепнатина корозия.
Има отлична устойчивост на ерозия и корозия и е подходящ за-флуиди с висока скорост.
Приложим диапазон на температура и налягане: Диапазонът на работната температура обикновено е от -50 градуса до 300 градуса, а диапазонът на приложение на налягането е относително широк, способен да издържа на високо налягане. Обикновено използван в нефтохимически приложения, той може да отговори на работните условия от PN100 (приблизително 10MPa) и по-високи степени на налягане.
Области на приложение на вентила
Сферични кранове за тръбопроводи за киселинен газ (H₂S) при рафиниране на петрол и химическа обработка;
Вентили за белина (съдържащи Cl⁻) в хартиената промишленост;
Шибъри на системата за циркулация на морска вода на офшорни платформи.
Сравнение на данните: Потенциалът на питинг на дуплексна стомана 2205 в 3% разтвор на NaCl е с 300 mV по-висок от този на 316, което я прави по-малко податлива на корозия.
2. 2507 (S32750/022Cr25Ni7Mo4N) Супердуплексна стомана
Надграждане на производителността: По-високо съдържание на хром (25%), молибден (4%) и азот, което допълнително повишава устойчивостта на корозия и здравината.
Приложение за екстремни работни условия
Подводни клапани за дълбок-добив на нефт и газ (издържащи на високо налягане и корозия в морската вода);
Вентили за концентрирана солна киселина и флуороводородна киселина в химични процеси;
Силно корозивни вентили за димни газове в инсталации за изгаряне на отпадъци.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон е от -50 градуса до 350 градуса. В приложения като дълбок-добив на нефт и газ в морето, той може да издържи на налягане до 150MPa и да се адаптира към среди с изключително високо налягане.
Случай: Шибърният клапан на превентора срещу издухване (BOP) на определена платформа за дълбоководни сондажи-е направен от дуплексна стомана 2507 и работи стабилно в среда с дълбочина на водата от 2000 метра (налягане приблизително 20 MPa, температура 4 градуса - 10 градуса ) и съдържаща H₂S и CO₂.
(3) Мартензитна неръждаема стомана: представител на висока якост и устойчивост на износване
1. 410 (12Cr13) неръждаема стомана
Характеристики: Съдържа 12-14% хром, подлежи на термична обработка и има висока твърдост (HRC 40-45).
Клапан приложение
Спирателен-вентил за пара на парната турбина (устойчив-и на износване и уплътнен);
Устойчиви на износване сферични кранове за системи за водоснабдяване и отводняване на рудници;
Възвратен клапан за-водна система под високо налягане.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон обикновено е от -20 градуса до 400 градуса, а приложимият диапазон на налягане е средно и високо налягане. Често се използва при работни условия, където налягането е между 2,5MPa и 16MPa.
Забележка: Неговата устойчивост на корозия е по-ниска от тази на аустенитната неръждаема стомана. Трябва да се избягва контакт със силна корозивна среда.
2. 17-4PH (05Cr17Ni4Cu4Nb) утаяване-втвърдяваща се неръждаема стомана
Експлоатационни характеристики: Висока якост (σb По-голяма или равна на 1000MPa) и добра издръжливост се постигат чрез третиране с преципитационно втвърдяване.
Приложения- от висок клас
Горивни клапани за високо{0}}налягане в космическата област;
Клапани на механизма за задвижване на контролния прът в ядрената индустрия;
Устойчиви-на налягане вентили за-оборудване за дълбоководни проучвания.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон е от -40 градуса до 600 градуса, способен да издържа на високо налягане. В приложения в космическата и ядрената промишленост той може да отговори на изискванията за нива на налягане от десетки MPa или дори по-високи.
Типични параметри: След обработка на стареене при 620 градуса, границата на провлачване може да достигне 750MPa, като същевременно се поддържа удължение по-голямо или равно на 30%.
Сплави на-основа на никел: Решения за вентили за екстремни работни условия
(1) Монелна сплав (Monel 400): Най-добра устойчивост на морска вода и флуороводородна киселина
Състав: 63% никел, 30% мед, малки количества желязо и манган.
Свойство устойчивост на корозия
Отлична устойчивост на корозия от морска вода, по-добра от повечето неръждаеми стомани;
Устойчив на корозия от флуороводородна киселина (HF) и флуориди;
Стабилен е в разредена сярна киселина и солна киселина.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон е от -200 градуса до 480 градуса, а диапазонът на прилагане на налягането обхваща ниско налягане до средно и високо налягане. В приложения като морското инженерство общият диапазон на налягане е от 1MPa до 10MPa.
Сценарии за приложение на клапани
Шибри за морска вода за морско инженерство;
HF синтетичен тръбопроводен сферичен кран във флуорната химическа промишленост
Спирателният вентил на корабната кондензационна система.
Случай: HF транспортиращият тръбопровод на определен завод за производство на флуорид избра сферични кранове Monel 400. При работни условия от приблизително 0,5 MPa налягане и 60 градуса - 80 градуса температура, нямаше очевидни признаци на корозия след пет години употреба.
(2) Hastelloy: Най-добрият избор за силно корозивни среди
1. Hastelloy C-276 (N10276)
Акценти на компонентите: 56% никел, 16% молибден, 15% хром, съдържащи волфрам и ванадий, с изключително силна устойчивост на корозия.
Предимства в производителността
Устойчив на обща корозия, точкова корозия, корозия на пукнатини и корозия под напрежение;
Може да устои на силни корозивни среди като царска вода, концентрирана солна киселина и хипохлорит.
Устойчив на висока-температура (до 1200 градуса) и анти{2}}окисление.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон може да достигне -253 градуса до 1200 градуса, а диапазонът на прилагане на налягането е широк. В индустрии като химическото инженерство, той може да издържи на налягане до 25MPa.
Области на приложение на вентила
Клапани за контрол на захранването за химически реактори;
Клапани за обработка със силни киселини и основи във фармацевтичната индустрия;
Клапани за регулиране на киселинни димни газове за инсталации за изгаряне на отпадъци.
Сравнителни данни: В 10% кипяща сярна киселина скоростта на корозия на C-276 е по-малка от 0,1 mm/година, докато тази на 316L е по-голяма от 1 mm/година.
2. Hastelloy B-3 (N10675)
Киселинна устойчивост: Високо съдържание на молибден (28%), специално проектиран за устойчивост на солна киселина.
Клапан приложение
Клапани за системи за извличане на солна киселина в хидрометалургията;
Клапани за подкиселяване (разтвор на солна киселина) при добив на нефт;
Вентилът за концентрирана солна киселина на оборудването за химическо почистване.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон обикновено е от -20 градуса до 400 градуса. По отношение на налягането, той може да издържи на относително високо налягане. В хидрометалургията и други работни условия обичайното налягане е между 5MPa и 15MPa.
Забележка: Има високо съдържание на молибден. По време на заваряване входящата топлина трябва да се контролира, за да се избегне междукристална корозия.
3.Inconel 625: Двойна устойчивост на висока температура и корозия
Състав: 61% никел, 21,5% хром, 9% молибден, 3,5% ниобий, образуващи стабилни карбиди.
Цялостно изпълнение
Температурата на устойчивост на окисление достига 1093 градуса и може да издържи на висока температура и високо налягане.
Устойчив на корозия от морска вода, солен спрей и-съдържаща среда;
Отлична заваряемост и обработваемост.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон е от -253 градуса до 1093 градуса. При високи -температури и сценарии на приложение с високо налягане, като парогенератори в атомни електроцентрали, той може да издържи налягания от 17MPa до 25MPa.
Сценарии за приложение на клапани
Високо{0}}температурни газови вентили за газови турбини
Главният парен вентил на парогенератора на атомната електроцентрала;
Вентили за производство на газ с висока-температура и високо{1}}налягане за дълбоководни-нефтени и газови кладенци (като при условия от 200 градуса и 100MPa).
Стандартно приложение: Клапаните на кладенеца, отговарящи на стандарта API 6A, често избират Inconel 625 като материал за леглото на клапана.
Медни сплави: Предпочитани за ниски-температури и полета за водоснабдяване и дренаж
(1) Калаен бронз (QSn6.5-0.1): Класически за устойчивост на износване и устойчивост на корозия на вода
Състав: 6,5% калай, 0,1% фосфор, а останалото е мед.
Характеристики на изпълнението
Добра устойчивост на корозия от прясна и морска вода;
Нисък коефициент на триене и отлична устойчивост на износване.
Има добра леярска производителност и е подходящ за сложни вентилни конструкции.
Приложим диапазон на температура и налягане: Общият диапазон на работна температура е от -40 градуса до 250 градуса, а приложимият диапазон на налягане е от ниско налягане до средно налягане. Общото номинално налягане е PN16 - PN40 (приблизително 1,6MPa - 4.0MPa).
Клапан приложение
Седла на вентили на шибъри и вентили във водоснабдителни и дренажни системи;
Бътерфлай клапи за системата за охлаждаща вода на корабни витла;
Пароуловители за-паропроводи с ниско налягане.
Случай: Подземните вентили на градските водоснабдителни мрежи (DN100-DN600) широко използват калаен бронз като материал за уплътнителна повърхност. При работни условия от приблизително 0,6 MPa налягане и 5 градуса - 30 градуса температура, техният експлоатационен живот надхвърля 20 години.
(2) Алуминиев бронз (QAl9-4): Комбинация от висока якост и устойчивост на корозия
Състав: 9% алуминий, 4% желязо, мед-сплав.
Благоприятно изпълнение
Якостта на опън може да достигне 600MPa, което далеч надвишава тази на обикновените медни сплави.
Устойчив на корозия от морска вода и солена пръска, със силна устойчивост на кавитация.
Има добра стабилност в разредена сярна киселина и оцетна киселина.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон е от -40 градуса до 300 градуса, а приложимият диапазон на налягането е средно и високо налягане. Често се използва при работни условия с налягане, вариращо от 2,5MPa до 10MPa.
Области на приложение на вентила
Входящи и изходящи клапани на морски водни помпи;
Вентилът за регулиране на скоростта на турбината на водноелектрическата централа;
Сферични кранове за тръбопроводи за оцетна киселина в химическата промишленост.
За сравнение, твърдостта на алуминиевия бронз (HB 150-180) е 1,5 пъти по-голяма от тази на калаения бронз, което го прави по-подходящ за условия на износване при високо налягане.
(3) Месинг (H62): Икономичен и практичен материал за клапани за ниско-налягане
Състав: 62% мед, 38% цинк, ниска цена.
Сценарии за приложение
Шибъри и сферични кранове за битови водопроводи;
Спирателният вентил на отоплителната система;
Регулиращи вентили за газове с ниско{0}}налягане (като природен газ).
Приложима температура и диапазон на налягане: Работната температура обикновено не надвишава 200 градуса, а приложимият диапазон на налягане е ниско налягане. Общото номинално налягане е PN10 - PN16 (приблизително 1,0MPa - 1.6MPa).
Ограничения: Слаба устойчивост на корозия, не е подходящ за морска вода или киселинни среди.
Титаниева сплав: Идеален материал за морска вода и силно оксидиращи среди
(1) Индустриален чист титан (TA2): Еталон за устойчивост на корозия от морска вода
Характеристики: Чистота > 99%, ниска плътност (4,5 g/cm³), отлична устойчивост на корозия.
Механизъм за устойчивост на корозия: На повърхността се образува плътен TiO₂ оксиден филм, предотвратяващ проникването на хлоридни йони.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон е от -269 градуса до 300 градуса, а диапазонът на прилагане на налягането е сравнително широк. В приложения като морско инженерство, той може да издържи на налягания, вариращи от 1MPa до 10MPa.
Клапан приложение
Клапани на системата за обратна осмоза в инсталации за обезсоляване на морска вода;
Шибърът на системата за охлаждане на морската вода на офшорната платформа
Вентили за транспортиране на хлорен газ за хлор-алкалната промишленост.
Поддръжка на данни: Скоростта на корозия на TA2 в морска вода е по-малка от 0,001 mm/година, което е много по-ниско от 0,05 mm/година за 316L.
(2) Титаниева сплав (Ti-6Al-4V, TC4): Комбинация от висока якост и устойчивост на корозия
Състав: 6% алуминий, 4% ванадий, + тип титанова сплав.
Предимства в производителността
Якост на опън По-голяма или равна на 900MPa, подходяща за вентили за високо-налягане;
Устойчив на корозия от морска вода, мокър хлорен газ и хлоридни разтвори;
Има добра издръжливост при ниски-температури и може да се използва за клапани за втечнен природен газ (LNG) при -200 градуса.
Приложим диапазон на температура и налягане: Работният температурен диапазон е от -200 градуса до 600 градуса. При приложения с високо налягане, като системи за разтоварване на кораби с втечнен природен газ, той може да издържи на налягания от 20MPa до 30MPa.
Приложения- от висок клас
Ниско{0}}температурни сферични кранове за системи за разтоварване на кораби с LNG;
Бътерфлай клапи на входа и изхода на топлообменника за морска вода
Вентили за разтвор на натриев хипохлорит в химическата промишленост.
Случай: Клапанът за ниска{0}}температура (-162 градуса, налягане приблизително 1,2MPa) на определена приемна станция за втечнен природен газ е направен от титаниева сплав TC4, като успешно решава проблемите с крехкостта при ниска температура и корозията в морската вода.
Алуминиева сплав: Нововъзникващ избор за леки вентили
(1) Лята алуминиева сплав (ZL101A): Леко решение за клапани с ниско-налягане
„Съставки
7% силиций, 0,3% магнезий, алуминиева-сплав.
Характеристики
С плътност от само 2,6 g/cm³, което е една трета от тази на неръждаемата стомана, той е удобен за монтаж и поддръжка.
Устойчив на атмосферна корозия, подходящ за граждански и леки индустриални сценарии;
Той има отлична леярска производителност и може да се използва за производство на сложни структури на корпуса на клапаните.
Клапан приложение
Сферични кранове от алуминиеви сплави за сградни системи за водоснабдяване и отводняване;
Вентил за хладилен агент на климатичната хладилна система;
Клапани за ниско{0}}налягане за селскостопанско напояване.
Ограничение
Ниска якост (σb≈200MPa), неустойчив на високо налягане и корозивни среди, с работна температура по-малка или равна на 150 градуса.
(2) Деформирана алуминиева сплав (6061-T6): Леки компоненти на вентила с висока якост
Подобряване на производителността
Чрез термична обработка (T6) се получава якост σb, по-голяма или равна на 310MPa.
Сценарии за приложение
Клапани за леки горива в космическата област;
Клапани за охладителната система на автомобилен двигател;
Клапани за бързо свързване за преносимо хидравлично оборудване.
Повърхностна обработка
Обикновено се изисква обработка с анодно окисляване, за да се повиши устойчивостта на корозия и устойчивостта на износване.
Приложение на други специални сплави във вентили
(1) Циркониева сплав (Цирконий 702): рядък материал, устойчив на силна корозия
Свойство устойчивост на корозия
Устойчив на корозия от силни киселини като сярна киселина, солна киселина и азотна киселина (концентрация По-малка или равна на 70%);
Има изключително силна устойчивост на хлоридна стрес корозия.
Има добра стабилност при висока-температура и водна среда под високо-налягане (като атомни електроцентрали).
Клапан приложение
Клапани за силно корозивни среди в химически реактори;
Клапани за циркулация на охлаждаща течност за ядрени реактори;
Клапани за обработка на киселина с висока-чистота за фармацевтичната индустрия.
Недостатък
Цената е изключително висока, приблизително три пъти по-висока от Hastelloy C-276, и се използва само при екстремни работни условия.
(2) Кобалтова-сплав (Stellite 6): Устойчив-на износване и{4}}на корозия материал за уплътнителните повърхности на клапаните
„Съставки
28% хром, 4% волфрам, 1,2% въглерод, циментиран карбид на базата на кобалт-.
Акценти в изпълнението
Изключително висока твърдост (HRC 48-52) и устойчивост на износване;
Устойчивост на високо{0}}температурно окисление (до 1000 градуса);
Има отлична устойчивост на кавитация и ерозионна корозия.
Режим на приложение
Повърхностни материали за уплътнителни повърхности на клапани (като седалки на шибъри и сферични тела на сферични кранове);
Дискът и стеблото на парния-клапан за високо налягане;
Износ{0}}устойчиви компоненти на вентила на калната помпа.
Случай
Главният парен шибър (100 MPa, 540 градуса) на определена топлоелектрическа централа приема Stellite 6 повърхностна уплътнителна повърхност и цикълът на поддръжка се удължава от една година на пет години.
Принципи и тенденции за избор на сплавни материали за вентили
(1) Ключови фактори за избор на материал
„Фактор
Ключови моменти, които трябва да имате предвид
Средни характеристики
Корозивност (рН стойност, съдържание на хлоридни йони), температура, налягане, скорост на потока, износване на частици и др.
Изисквания за условия на работа
Време за непрекъсната работа, честота на превключване, степен на уплътняване (като API 6D стандарт за течове)
Цена и поддръжка
Цена на материала, трудност на обработката, заваряемост, експлоатационен живот и цикъл на поддръжка
Индустриален стандарт
Спазвайте изискванията на API, ASME, ISO и други норми (като стандарта NACE MR0175 за устойчивост на H₂S в петролната индустрия)
(2) Бъдещи тенденции на развитие
Разработване на-високоефективни сплави
Новите супердуплексни стомани (като 2707) подобряват устойчивостта и здравината на корозия.
Сплави на базата на никел-от праховата металургия (като Inconel 718) се използват за 3D печат на компоненти на вентили.
Технология за модифициране на повърхността
Приготвяне на керамични-метални композитни покрития върху уплътнителни повърхности на клапани чрез свръхзвуково пламъчно пръскане (HVOF).
Йонната имплантация повишава устойчивостта на износване и устойчивостта на корозия на клапаните от титанова сплав.
Лекота и интелигентност
Композитните материали от алуминиева-титанова сплав се използват в авиационни клапани.
Материалът от сплав е интегриран със сензора, за да се постигне онлайн мониторинг на корозионния статус на вентила.
Заключение:
Прилагането на сплавни материали в областта на клапаните показва тенденция на диверсификация и специализация. Различните сплави, с техните уникални предимства в производителността, отговарят на различни изисквания, вариращи от конвенционални работни условия до екстремни среди. Неръждаемата стомана доминира поради своята гъвкавост и-ценова ефективност. Базираните на никел-сплави и титановите сплави са незаменими при силно корозивни полета с висока-температура и високо-налягане, докато медните сплави продължават да играят роля във водоснабдяването и дренажа, както и в сценарии с ниски-температури.
В бъдеще, когато индустриалната технология се развива към високи параметри и екстремизиране, сплавните материали ще бъдат дълбоко интегрирани с повърхностния инженеринг и интелигентното производство, осигурявайки по-силна подкрепа за надеждността, издръжливостта и интелигентността на клапаните. При действителния избор е необходимо да се разгледат цялостно характеристиките на средата, условията на работа и факторите на разходите, съчетани с бази данни за материали и опит в индустрията, за да се вземе оптималното решение.
