哈氏合金球閥技術說明浙江摩根閥門有限公司

哈氏合金球閥適用范圍

本技術方案介紹適用于：

針對主體材料選用哈氏合金的金屬硬密封球閥的技術方案。

（要加上為什么選用球閥的原因，從結構流道優勢和流體力學及沖刷腐蝕入手說明）

二、 哈氏合金球閥產品特點

浙江摩根閥門有限公司結合多年的研制與生產經驗，對管線球閥已擁有了豐富的設計與制造經驗，是管線球閥的專業制造廠商。管線球閥是我公司的主導產品之一，可靠的產品質量，滿意的售后服務，使我公司先后成為了中石油、中石化的合格供應商。在長輸管線，石油、天然氣工業等領域得到了廣泛的運用。

我公司設計制造的管線球閥一般分為：分體式軟密封管線球閥、分體式金屬硬密封管線球閥和全焊接管線球閥。分體式管線球閥通過高強度螺栓連接側體與閥體。全焊接管線球閥通過焊接方式將側體與閥體連接。球體都采用固定式結構，閥座采用浮動式設計。

分體式管線球閥通過螺栓連接側體與閥體，便于安裝于維修。設計標準符合API 6D標準，主體材料的溫度與壓力選擇以及zui小壁厚的設計符合ASTM B 16.34標準規范。為了保證產品的質量與設計的合理性，產品設計利用SOLIDWORKS建立模型，用ANSYS有限元分析，并不斷優化設計。確保了產品的可靠性、經濟性以及安全性。

為更好實現產品的高性能，對產品材料的化學成分嚴格控制，零部件制造采用數控加工，并的尺寸檢測與嚴格的工藝要求。

本閥門具有雙向密封功能，任何一側都可以承受全壓差，截斷介質，并體現較佳密封性能。實現管路的連接與切斷功能。

分體式管線球閥在閥桿與填料箱密封處設計了注脂閥，以及在閥座與側體處設計了注脂閥，起到了二次緊急密封作用，延長了閥門的使用壽命。

閥門具有防火防靜電結構，發生火災時，閥門在大火中溫度異常升高，內部軟密封材料被燒毀，此時，閥門金屬密封結構起到了輔助密封作用，能夠有效的控制介質的泄漏量。閥門防火設計*API 607的規范要求。閥門開啟與關閉動作過程，球體與閥座之間有相對摩擦，同時產生靜電，對于輸送易燃易爆介質存在很大的潛在危險。閥門防靜電結構可以有效的將球體與閥座之間產生的靜電導出。避免了危險的發生。閥門防靜電結構設計符合的規定。

閥門的執行機構可以選擇氣動、電動、蝸輪以及氣液聯動或電液聯動等。也可以按照客戶的特殊要求。

三、 哈氏合金球閥方案介紹

1、設計參數如下：

l 公稱壓力：900Lb；（按客戶要求）

l 公稱通徑： 2”全通徑；（按客戶要求）

l 主體材料：hasloy C-276；

l 內件材料： hasloy C-276+鈷基+碳化鎢；（球閥用Hasloy G30）

l 連接形式：按照客戶要求；

l 結構長度：按照客戶要求；

l 泄漏等級：FCI 70.2 VI；

l 設計標準： ASME B16.34，API6D等

l 適用溫度：常溫。

2、哈氏合金球閥設計標準

設計規范：設計和制造按ASME B16.34；

閥門結構長度按ASME B16.10；

法蘭尺寸按ASME B16.5。

參考標準：

API 6D-2008《石油和天然氣工業管線輸送系統管線閥門》；

API 598-2009《閥門的檢查我和試驗》 ；

ASTM A182- 2002a《高溫用鍛制或軋制合金鋼法蘭、鍛制管件、閥門和部件》；

ASTM A193/A-2001b《高溫用合金鋼和不銹鋼栓接材料》；

API Q1-2007《質量綱要規范》；

NACE-MR-0175-2003 《油田設備用抗硫化物應力腐蝕斷裂和應力腐蝕裂紋的金屬材料》；

API 607 《閥門火燒試驗》等。

（填上哈氏合金標準號）

3、哈氏合金球閥材料的選擇

根據氫氣特性，閥門主要部件材料選擇如下：

閥體、側蓋、：Hasloy C-276；

球體：Hasloy C-276+鈷基+碳化鎢；

閥座：Hasloy C-276+鈷基+碳化鎢；（球閥用Hasloy G30）

閥桿：XM-19；

彈簧：Inconel X-750；（這二項與介質接觸，抗腐蝕能力是否可行？）

緊固件：B7+噴氟；

中法蘭密封材料：石墨+O型圈（氟橡膠）。（數據表要求在250°C下穩定動行，氟橡膠可行否？）

球體與閥座屬于內件，*暴露與介質之中。閥座與球體之間采用金屬硬密封接觸。

閥座、球體表面采用先堆焊鈷基合金(先熱噴鈷基合金然后碳化鎢再噴鈷基合金，厚度達1mm以上，重熔處理)，然后鈷基表面再采用世界上*的“鎳包碳化鎢超音速熱噴涂并重熔工藝”的硬化處理。提高密封面的耐磨性和硬度及抗沖刷性。

WC是一種高硬度、高強度和高耐磨性兼備的硬質合金，它的粒度一般為0.2～1.0µm以下，大部分在0.5µ,m以下，具有硬質合金的高硬度和高速鋼的強度。其硬度不小于HRC68，結合強度不小于70。

本公司生產的硬密封球閥，閥座、球體表面采用鎳包碳化鎢（在Ni60中加入一定比碳化鎢）超音速熱噴涂。厚度可達0.5～0.8mm。以保證密封面不受介質及其中棵粒物的影響；降低表面的摩擦系數，提高表面抗磨損性能，它具有耐磨、減摩、耐熱、耐腐蝕、摩擦系數低、防咬合等特點，能改善表面性能，提高壽命。

在噴涂后工件整體進行重熔熱處理，減少硬質合金表面的孔隙率，提高涂層致密度，增加噴涂的硬質合金與本體的結合力，與底材更牢固地粘結,使其成為一體。可有效地抑制裂紋的產生和擴展，從而提高涂層的硬度和韌性，并獲得適當的硬度/韌性比和降低殘余應力提高密封面的硬度和耐磨性。從而具有較高的承載能力。從而大大的提高了閥門的使用受命。

（噴涂表面含球流道和閥座流道，沖刷和腐蝕共同做用下，從沒有硬化的表面開始）

彈簧材料的選擇

為了能夠滿足工況的需求，抗氫腐蝕，同時又要有良好的機械性能，能夠提供密封所需要預緊力，因此采用了inconel X-750合金材料。

閥桿材料的選擇

閥桿的設計與球體分離，便于維修，以及更換密封材料。閥桿與球體連接傳遞zui大扭矩。閥桿可以選用高強度的XM-19（耐腐蝕上可能不行），表面鍍ENP，提高硬度。

閥體與側體的密封材料選擇

閥體與側體之間選擇夾不銹鋼石墨纏繞墊，可以起到密封和防火功能。在閥體與側體之間增設了O型圈（諾是金屬的可以，橡膠類O形圈可能溫度上不可以），作為一級密封。纏繞墊作為次級密封。如下圖所示：

螺栓和螺母的選擇

螺栓和螺母選用ASTM A193-B8M和ASTM A194-8M，適用溫度范圍：-29~180℃。材料符合NACE 標準要求。

4、哈氏合金球閥設計方案結構示意圖

5、哈氏合金球閥結構特點

本球閥通過球體90°旋轉打開或關閉，實現管路的聯通與切斷功能。

閥門通過閥桿上鍵與執行機構（電動、氣動、蝸輪傳動、液動或氣液聯動等）連接。執行機構輸出力矩，傳遞于閥桿，閥桿帶動球體旋轉90°，實現閥門啟閉動作。

球體與閥座圈之間的緊密貼合，以及合理的材料選擇與精密的工藝加工，決定了作為截斷介質的zui好密封副匹配。

閥座后面的彈性元件提供了閥座與球體之間密封所需要的zui小預緊力。同時，閥座圈的密封面設計滿足密封所需的必須比壓和許用比壓。當閥門在環境溫度變換時，球體密封面和閥座密封面產生收縮或膨脹，導致密封效果受到影響。此時，閥座后面彈性元件起到自調節功能，將閥座調整到zui好位置，發揮了閥門zui好密封性能。閥座密封面與球體密封面長期磨損的情況下，壓縮量逐漸減少，也影響了閥門的密封效果。此時，閥座后面的彈性元件與介質的作用力將閥座推向球面，壓縮量得到了一定補償，閥座起到了活塞作用。此外，當閥腔壓力過大時，為了防止中腔截壓過載的危險，具有活塞作用的下游閥座，在中腔壓力下閥座被推開脫離球面，中腔壓力得到泄放，起到了自泄壓功能。（要求壓力泄放到上游）這也是活塞閥座的另一功能。閥座的結構設計符合API 6D要求。

本球閥結構屬于硬密封球閥。閥門為分體式結構，球體與閥座從側端裝入。

閥體：采用哈氏合金鍛鋼材料。化學成分和機械性能符合ASME 標準要求。

閥桿是傳遞閥門扭矩的關鍵件，閥桿表面加工的光潔度影響整個閥門的扭矩。提高閥桿表面的硬度，可以減小閥桿的磨損。為此，閥桿采用了精加工、滾壓、拋光等工藝。閥桿表面光潔度可達Ra 0.2~Ra0.4，閥桿通過鍍鎳磷工藝提高了表面硬度。

閥桿上設計了防靜電結構，保證了球體與閥桿，以及閥桿與閥體之間的金屬連接。符合相關設計標準要求。

球體與閥座的加工是整個閥門密封性能的關鍵。球體和閥座采用鍛件材料加工而成，球面和閥座密封面先堆焊鈷基合金，然后超音速噴焊混合硬質合金。球體在加工中嚴格控制了球面的圓度，達到0.005mm。球體和閥座密封面噴涂層加厚。密封表面采用High velocity oxy-fuel (HVOF)超音速噴焊之后，利用Spray and fuse (S&F)重熔技術，增強了硬質合金與基體之間的結合力。

球體與閥座使用設備進行配對研磨。裝配之前，再經過技師們的手工研磨和測試，使密封面的光潔度可達0.2以上，以保證球體密封面和閥座密封面* 接觸。從而使泄漏等級達到FCI 70-2 VI級（ASME B16.104）。

這種球面與閥座密封面材料匹配以及特殊的密封面加厚層工藝，保證了閥門長壽命特點。

固定球閥的閥座次密封以及閥桿密封的設計，引進了*的唇形密封座（Lipseal）。并結合了自身多年的特種閥門設計研發經驗，以及各類金屬密封圈的研制經驗（如：金屬C型圈，空心金屬O型圈，金屬U型圈等），將其改進，達到了更優密封效果。我公司稱其密封圈為：U型彈簧蓄能增壓密封圈，并向國家局申報了實用型。

浙江摩根閥門有限公司自主研發的U型彈簧蓄能增壓密封圈，采用了金屬U型圈外面包覆PTFE或PCTFE作為密封材料。取代了使用螺旋彈簧做骨架的唇形密封座（Lipseal），避免了重疊或焊接連接而導致的受力不均現象。U型彈簧蓄能增壓密封圈在不同的溫度與壓力下，經過反復驗證，表明受力均勻，密封良好。如下圖：

U型彈簧蓄能增壓密封圈作為閥座后次級密封，可以實現閥座DBB（或DIB）的功能，符合API 6D設計要求。

閥門在溫度劇烈變化中，U型彈簧蓄能增壓密封圈可以根據壓力與溫度的變化自身調節，同時還降低了閥門的扭矩。介質的壓力結合金屬圈的彈性蓄能為密封比壓提供了zui小預緊力。巧妙地結構設計，大大的延長了閥門的使用壽命。

閥門閥桿與填料處設計多重密封組合，既設計了柔性石墨防火填料密封，又增加了U型彈簧蓄能增壓密封圈，并O型圈輔助密封。保證了閥門填料泄漏等級滿足MESC SPE 77/312微泄露試驗。密封結構詳見小樣圖。

6、執行機構的選擇

分體式固定硬密封球閥的結構設計，可以滿足客戶對不同執行機構的要求。