減壓閥密封面及內件的材料

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項，現在介紹減壓閥密封面及內件的材料
    減壓閥的密封面是指閥座和關閉件相互接觸形成密封的部分。閥f1的內件通常指閘板（或閥瓣、球體及蝶板等）、閥座和閥稈，但在有些情況也包括其他零件，如襯套、上密封座等，經常用Trim表示。減壓閥在給定的彈簧壓力即范圍內，使用出口壓力在大值和小值之間能調整，不得有卡阻和異常的振動，對于軟密封的減壓閥在規定的時間內不得有滲漏的情況發生，對于金屬密封的減壓閥的話滲漏應該不大于大流量的0.5%。出口流量變化的時候起出口壓力偏差值，直接作用式不大于20%先導式不大于10%，進口壓力變化時候其出口壓力偏差值，直接作用式大于10%，先導式不大于5%。對于減壓閥的部件也是有規定的，閥體地步應該舍友排泄孔，并用螺塞堵封掉;閥體兩端連接法蘭的通徑應該要相同的，而且和工程通徑DN要一直;導閥瓣采用錐面密封的時候，其密封寬度不大于0.5mm;主閥座喉部的直徑一般不小于0.8DN;彈簧指數應該在4到9的范圍之內選取等。
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥閥門密封面是閥門為關鍵的一個工作面，閥門密封面質量的好壞是直接能反應出這個閥門的使用期限，而密封面上用的材料又是保證密封面質量的重要因素的存在，所以，在選擇閥門密封面料的時候要考慮到下面幾個要點：內件材料的選用原則如下：
    1)根據主體材料、介質特性、結構特點及零件的受力等綜合考慮。
    2)內件材料的耐腐蝕性能應高于或與主體材料相當。

1、耐腐蝕。“腐蝕”即密封面在介質作用下，表面受到破壞的過程。如果表面受到這種破壞，密封性就不能保證，因此，密封面材料必須耐腐蝕。材料的耐腐蝕性主要取決于材料的萬分及其化學穩定性。

2、抗擦傷。“擦傷”即密封面相對運動過程中，材料因摩擦而引起的損壞。這種損壞必然引起密封面的破壞，因此，密封面材料必須具有良好的抗擦傷性能，尢其是閘閥。材料的抗擦傷性往往是由材料內部性質決定的。

3、耐沖蝕。“沖蝕”即介質高速流經密封面時，使密封面遭到破壞的過程。這種破壞在高溫、高壓蒸汽介質中使用的節流閥、安全閥更為明顯，對密封性破壞影響很大，因此，耐沖蝕亦是密封面材料的重要要求之一。

4、應有一定的硬度，并在規定工作溫度下硬度下發生大的下降。

5、密封面和本體材料的線膨脹系數應該近似，這對鑲密封圈的結構更為重要，以免高溫下容易產生額外的應力和引起松動。

6、在高溫條件下使用，要有足夠的抗氧化、抗熱疲勞性以及熱循環等問題。



減壓閥密封面及內件的材料

在目前情況下，要找到全面符合上述要求的密封面材料是很難做到的，只能根據不同的閥類和用途，重點滿足某幾個方面的要求。例如，在高速介質中使用的閥門應特別注意密封面的耐沖蝕要求；而介質中含有固體雜質時則應選擇硬度較高的密封面材料。
    1．密封面的材料
    閥門密封面應耐磨損、耐腐蝕、耐沖蝕及耐擦傷，有足夠的擠壓強度，在高溫下有足夠的抗氧化性和熱疲勞性，密封面與閥體的熱膨脹系數應相近，具有良好的加工性能和焊接性能，且應在價格和材料性能之間綜合考慮。
    閥門的密封面分為金屬密封面、軟密封面和密封劑密封面三種。
    (1)金屬密封面的磨損金屬密封面主要用于耐磨損、耐沖蝕、耐擦傷及耐高溫的場合。磨損可分成黏著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損、沖蝕磨損和擦傷等。
    ①黏著磨損。黏著磨損為普遍，是由閥門密封面兩種固體材料交界面的巨大黏著力而產生的。當閥門的密封面互相滑動時，接合點不斷接觸和斷離，形成磨粒性磨損。
    ②磨粒磨損。閥門密封面中粗糙的較硬表面，在相對較軟的表面滑動時產生的磨損。控制磨粒磨損的有效辦法是使較軟的材料硬些。
    ③表面疲勞磨損。反復循環加載和卸載會使表面或表面下層產生疲勞裂紋，終導致表面的破壞，形成碎片和凹坑。
    ④沖蝕磨損。由銳利的粒子沖刷密封面而產生。它與磨粒磨損相似，但經沖蝕磨損后的表面很粗糙。
    ⑤擦傷。閥門密封面在相對運動的過程中，因摩擦而引起的破壞，這是由密封面硬度差不合理造成的。
    (2)金屬密封面閥門金屬密封面常用的材料有銅合金、鉻不銹鋼及鈷基硬質合金等，也可以是經過表面處理的本體材料。
    1)銅合金。JB/T 5300-2008《工業用閥門材料選用導則》中所列的銅合金密封面主要有鑄鋁黃銅( ZCu2n216Fe3Mn3)、鑄鋁青銅(zc。A19M。2和ZCuA19Fe4Ni4Mn2)、鑄錳黃銅(ZCu2n38Mn2Pb2)及黃銅(H62)等。銅合金在水或蒸汽中的耐腐蝕性和耐磨性好，但強度低，不耐氨和氨水腐蝕，適用介質溫度不大于250。C。
  2)鉻不銹鋼。鉻不銹鋼有較好的耐腐蝕性，但耐擦傷性較差，特別是在密封比壓較大時容易擦傷。鉻不銹鋼密封面的材料有12 Cr13、20Cr13及30Cr13．可采用本體材料或堆焊。堆焊焊條的化學成分相當于12 Cr13、20 Cr13及30C．13。鉻不銹鋼堆焊焊條見表4 -12。表4 -12鉻不銹鋼堆焊焊條

    在閥門的制造和修復中，鉻不銹鋼堆焊焊條常用來堆焊工作溫度在450℃以下、工作壓力為1 6~ 16MPa、基體材料為鑄鋼的電站、石油化工用閥門的密封面。通常，閥體（閥座）宜采用2 Cr13型堆焊焊條，閘板（閥瓣）采用硬度稍高的20Cr13型堆焊焊條。
  3)鈷基硬質合金。鈷基硬質合金的特點是耐腐蝕、耐磨損及抗擦傷，特別是熱硬性好，即使在高溫下也能保持足夠的硬度。堆焊和熱噴涂是鈷基硬質合金制備的常用方法。堆焊有鈷基硬質合金堆焊和合金粉末等離子弧堆焊。合金粉末等離子弧堆焊和熱噴涂是閥門制造廠的一種代用工藝措施，本書不作詳述。

  鈷基硬質合金又稱司太立合金，是典型的閥門密封面堆焊材料。雖然鈷(Co)是較為貴重的金屬，但是由于它具有抗腐蝕、耐高溫等一系列的優良性能，在高溫、高壓蒸汽閥門以及石油、化工等重化工行業應用比較廣泛。
    鈷基硬質合金可采用氧乙炔焰堆焊、手工電弧堆焊、鎢極氬弧堆焊和等離子弧等工藝，在低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼、06Cr13型不銹鋼及耐熱鋼上進行堆焊。
    ①公稱直徑不大于DN200的閥門優先采用鎢極氬弧堆焊和氧乙炔焰堆焊。
    ②公稱直徑大于DN200的閥門優先采用等離子弧堆焊。
    ③上述工藝方法不能實施時（如閥體內部堆焊），采用手工電弧焊。
    氧乙炔焰堆焊、鎢極氬弧堆焊及等離子弧堆焊常用焊絲為H S111(相當于D802)、HS112（相當于D812）；手工電弧堆焊采用焊條為D802、D812。
    鈷基硬質合金是以鈷(Co)為基體成分，加入鉻(Cr)、鎢(W)等元素組成合金，其化學成分及硬度見表4 -13稆表4-14。表4-13鉆基硬質臺金焊絲的化學成分及硬度（D系列）

  4)表面處理。常用的表面處理方法有化學鍍鎳、鍍鉻及氮化等。
  由于化學鍍鎳具有抗沖刷、抗機械磨損、防腐及降低摩擦系數等特點，在石油、天然氕的鉆采及集輸中的閥門廣泛應用，如管線球閥的閥體、閥座、支撐板及閥桿，平板閘閥的閘板、閥座等。化學鍍鎳不需要外加電流，金屬表面在催化作用下經過化學還原法進行金屬沉積。常用標準有ASTM B733鎳磷鍍層和CB/T 13913-2008《金屬覆蓋層化學鍍鎳一磷合金鍍層規范和試驗方法》。閥門常用的化學鍍鎳的厚度有兩種：一種是0. 05mm  (0. 002in)，另一種是0 075mm  (0. 003in)。為提高鍍層的硬度，需根據不同的硬度要求，進行200~ 400℃的熱處理。
  5)其他密封面材料。其他密封面材料見表4 -15。表4 -15其他密封面材料
  6)燒結硬質合金。燒結硬質合金是用碳化鎢( wc)粉末和少量鈷(Co)
以不同配比混合后燒結而成。可在異常苛刻的工況下，控制磨損問題。閥門中用碳化鎢來控制磨損的實例有：
  ①調節閥的閥瓣、閥桿和閥座。
  ②滑板閥的滑板和閥座。
  ③圓盤閥的閥瓣和閥座。
  ④整體為碳化鎢的球體、閥座和減磨墊等。
  常用燒結硬質合金的牌號、化學成分和力學性能見表4-16。
    表4-16常用燒結硬質合金的牌號、化學成分和力學性能

  7)陶瓷。隨著高磨損、強腐蝕等嚴苛工況的不斷出現，傳統的金屬閥門已
經不能滿足這些工況的要求，陶瓷閥門與金屬材料相比，其大的優點是優異的高溫力學性能、耐腐蝕、耐磨損及密度小，因此陶瓷閥門具有如下性能：
  ①耐磨損。陶瓷的硬度是不銹鋼的5—15倍，耐磨性能非常。
  ②耐腐蝕。陶瓷對于大多數的酸堿物質來說，其化學性質穩定，抗腐蝕性能非常好。
  ③耐高溫。陶瓷的熔點很高，大多數陶瓷在高溫下具有穩定的力學性能。
  陶瓷閥門由于具有上述諸多優點，因此被廣泛運用于電力行業、多晶硅、氣力除灰系統的粉煤灰輸送及冶金工業領域等。
    陶瓷閥門常用的陶瓷有氧化鋯( 2r02)、氧化鋁(Al：03)、氮化硅(Si3 N4)和碳化硅( SiC)四種，四種陶瓷的性能見表4-17。表4-17四種陶瓷的性能無腐蝕或腐蝕可以忽略，使用。B：0 1~0 3mmg/（cm2．天）
  輕微腐蝕，使用后需每年檢查。C：>0.3mm∥(cm2．天)，腐蝕嚴重，建議不要使用。
    陶瓷閥門的類型有陶瓷控制閥、陶瓷球閥、陶瓷旋塞閥、陶瓷平板閥、陶瓷閘閥和陶瓷滑板閥等。根據耐腐蝕和耐磨損要求的不同，有通道內襯陶瓷，即內件全部采用陶瓷材料；也有通道不襯陶瓷，即內件部分采用陶瓷等。陶瓷球閥及陶瓷內件如圖4-24所示。
    (3)  API 600列入的常用金屬密封面組合API 600列入的常用密封面材料組合見表4 -18，選用時，應根據材料的性能綜合考慮，目前常用的內件號是1、2、5、8、10。API 600列入的內件號除用于API 600閘閥外，還經常用于其他各種金屬閥門，并作為閥門金屬密封面材料組合的代號。表4-18   API 600列入的常用密封面材料組合



①HB（即BHN）是ASTM El0布氏硬度的符號。
②不允許采用易切削鋼。
③閥體和閘板密封面的硬度低為250HB，且應有50HB的硬度差。
④制造商的標準硬度。
⑤不要求閥體與閘板密封面之間的硬度差。
⑥氮化層厚度低0.13mm (0.005in)的表面硬度。
⑦這種分類包括如Ste兒it 6 rH、Stoody 6TM以及W出1x 6TH之類商標材料。
⑧制造商標準中以多含25%的含鐵量表面硬化。
⑨閥體和閘板密封面之間的硬度差必須符合制造商的標準。
⑩制造商標準中用低30%的鎳。
⑩標準中密封堆焊材料。
注：Cr-鉻，Ni-鎳，Co-鈷，Cu-銅，NA-不可應用。
API 600列入的內件號和允許替代的內件號見表4-19。
表4-19  API 600列入的內件號和允許替代的內件號


    (4)軟密封面軟密封面常用的材料是橡膠和聚四氟乙烯。
    1)橡膠閥座密封圈。橡膠（國外經常叫彈性體）是可由較大變形狀態快速恢復為原態的材料，或者采用強崩性手段使其恢復為原態的材料。橡膠受壓時可以發生較大的變形，來金屬表面的微觀不平度，而芻應力消除后又能恢復其原來的形狀，這種現象被稱為材料的“記憶特性”，所以工程上很多場合選用橡膠密封圈來做密封材料。
  橡膠密封經常用于球閥（特別是管線球閥）、蝶閥及隔膜閥。管線球閥與常規球閥大的區別在于閥座密封固常采用橡膠替代PTFE塑料，這一改進使閥座在很小的壓差下即可獲得氣泡級的“零”泄漏，并可輕松實現DBB、DIB-1及DIB-2功能。橡膠在管線球閥中被大量應用并取得很好的效果主要是由于密封原理發生了根本的變化。
    如果用高分子材料，如PTFE作為次級主密封的閥座密封圈材料，那么由壓差引起的介質力作在閥座上，推動閥座與球體接觸，高分子材料上的接觸應力使密封環發生宏觀變形，達到密封效果。由于高分子材料不是一個彈性體，在介質力的作用下會發生局部的塑性變形。
    如果采用橡膠作為閥座密封圈的材料，其作用在閥座上的介質力只是把閥座推向球體，這個力不需要很大，而真正密封的力是介質進入橡膠凹槽的一側壓迫彈性體發生彈性形，像一個彈簧被壓縮一樣，彈性體通過自身要求恢復初始形狀的力，其作用在球體表面，這一密封原理稱為彈性體自身變形密封原理。顯然這一密封效果好得多，只要合理地選擇凹槽與球面的間隙，其密封壓力差高可達到320×l05Pa。
    采用橡膠作為管線球閥的密封材料，其截面形狀可以做成0形和三角形，橡膠的邵爾硬度為98，被牢固地鎖定在凹槽內，其適用的閥門壓力級范圍為CLASSI50~900。常用的橡膠材料為T49/TB Sh98（HNBR hydrogenated nitryilr therban）、T58Sh98 (FKM Vit。n)全氟醚橡膠T58/VED（FKM防爆型Vit。n）防爆型全氟醚橡膠和T58/CLT (Sh989FKM Viton GLT)全氟醚橡膠，其溫度適用范圍如圖4-25歷示。圖4-25橡膠材料的溫度適用范同
    管線球閥在正常運行時，密封用的橡膠在較大或較小的程度上受到其表面溶解氣體滲入和溶解的作用，經過一段時間，橡膠的含氣量會達到飽和。只要橡膠內部氣體壓力與環境之間處于平衡狀態，受到的損壞就會小，密封性能不會降低，除非受到其他因素的影響，如化學、熱力降解或擠出損害。但是，一旦橡膠周圍的壓力突然消失（如爆管），已滲入橡膠體內的氣體不能足夠快地釋放，將發生爆炸減壓(ED)破壞，使橡膠失去密封性能。這種破壞不會立即顯現，有時要幾個小時后才呈現，因此不具有防爆減壓(AED)性能的橡膠表面將呈現出開裂、鼓泡、內部裂紋等，如圖4-26所示。
    曾有一家國外的石油公司在深海平臺上*次發現閥門爆炸減壓破壞現象，閥門失效后該公司不得不停止作業數周圖4-26爆炸減壓破壞形式來更換閥門，結果損失慘重。從此以后，石油公司要求閥門廠商提供的高壓閥門必須帶有防爆減壓功能，并制定專門測試標準，
如NORSOKM710及TOTAL CS PW142等。2002,年，美國石油學會標準API 6D( 22版)規定：設計壓力大于或等于PN100C/45S600)的閥門必須設計為防爆減壓式。橡膠防爆測試如圖4-27所示。國內由于技術和工藝的限制，具有防爆減壓功能的橡膠密封圈還主要依賴進口。
  2)聚四氟乙烯閥座密封圈。聚四氟圖4-27橡膠防爆測試
乙烯(vrFE)經常用作球閥的閥座和閥門的填料。PTFE大的缺點是不具有“記憶特性”，它的彈性范圍很小，塑性范圍很大，而且當應力達到一定程度時，就會產生“冷流”現象。例如PTFE在常溫下，產生“冷流”的極限應力為42MPa；溫度為150℃時，產生“冷流”的極限應力值為4.7MPa。PTFE的另一個缺點是熱膨脹特性，PrFE的熱膨脹系數是鋼的7.5倍。當溫度升高時，密封材料的過盈量增加，閥門的關閉扭矩增加，開關失靈；當溫度下降時，密封材料收縮，保持密封的過盈量消失，閥門就產生泄漏。為了克服PTFE的“冷流”和熱膨脹特性的缺陷來改善其“記憶特性“，球閥閥座在設計時常采用具有撓性的唇式密封技術。
    API 608標準規定了PrFE和R—PTFE球閥閥座的溫度一壓力額定值，見表4-20。對給定的閥門壓力等級，閥座的溫度一壓力額定值可能低于ASME B16.34給定的閥體額定值。采用其他密封面材料的閥座時，其溫度．壓力額定值應咨詢供應商。圖4-28所示為尼龍或PEEK等工程塑料閥座壓力溫度額定值（Velan公司提供）。表4-20   API 608規定的PTFE和R-PTFE球閥閥座溫度·壓力額定值(單位：bar)


  也可采用Devolnc德威龍）作為閥座密封材料。Devoln與PTFE、Nylon6和PEEK的溫度一壓力性能對比如圖4-29所示，Devoln比PTFE和Nylon6具有更好的性能，比PEEK具有更高的性價比。 

5)密封劑密封有些閥門配有一種密封劑注入設備，可定期向閥座和閥桿注入密封劑，從而在較長時間內保證有效的密封。閥門關閉之后，注入閥門密封面之間的密封劑可堵塞泄漏通道。油封旋塞閥和壓力平衡旋塞閥就是*依賴與本產品相關論文：施耐德SND智能調節型電動減壓閥