新型耐腐耐磨控制阀的研制

1、新型耐腐耐磨控制阀的研制 1 问题的提出 腐蚀，在工业生产中是个棘手的问题。过去与现在不断发生的大量设备事故，其中大部分是由腐蚀引起。尤其是在化工生产中，腐蚀所导致的设备事故占总数的50%以上1。 腐蚀(包括冲刷磨损与气蚀)，又是工业生产中的另外一大问题，也是事故的原因，在工业生产中是常见的导致设备事故的主要因素之一。 腐蚀与磨蚀在工业生产中是难以避免的，它危及安全，造成经济损失，给人身安全带来的后果是十分严重的。 根据主要工业国家统计调查表明：腐蚀与磨蚀造成的损失各占国民经济总产值的4%，如美国，腐蚀与磨蚀造成的损失一年为1000亿美元(按19841985年计算)；中国磨擦(磨损)损失每年约

2、为400亿元，腐蚀损失200亿元1，降低或避免这两种常见的工业危害是工程技术人员和科技工作者历来关心的问题，也成为机械产品设计应考虑的三大因素(材料强度、耐腐与耐磨性能)。 在控制阀的使用中，腐蚀、磨损与气蚀的有害影响也广泛存在，十分严重。目前在对具有腐蚀性流体流量控制系统控制阀的设计选择与使用中，总是采用耐腐蚀控制阀。而对含有固体颗粒或高压差引起空蚀等流体控制系统的控制阀设计选择与使用中，常见的是采用调质热处理合金为控制阀内件材料来制造耐磨控制阀，达到耐磨耐气蚀的性能。这些措施是国内外传统的，也是广为认可的做法。现场使用与分析表明，上述措施存在以下问题。 1)衬聚四氟乙烯等的控制阀，不耐温，

3、不耐磨。 2)用耐腐耐磨合金材料制造的控制阀，使用时间是比普通控制阀长，但常常达不到预期时间，如镇海炼化公司炼油厂在柴油加氢装置脱硫废液罐液位调节使用的是某公司的耐腐蚀控制阀，仅使用12个月，最长也用不到3个月。因阀关不死，泄漏严重，自控系统完全失效，只能由人工来操作；而此时的阀体、执行机构完好如初，只能换上新阀。 这样短的使用期决不是该阀的设计、产品说明书标明的使用时间。结果是消耗了高档合金材料，不但成本高，使用代价大，还给生产安全带来隐患。 按金属接触断面切断流体节流式工作的控制阀，当其接触面损耗大于210-4 m时，控制阀就会切不断(关不死)，出现泄漏，不起切断控制作用，2Cr13耐腐蚀

4、钢与97%氧化铝耐腐蚀陶瓷年腐蚀量对比如表1所列。表1 2Cr13与97%氧化铝耐蚀陶瓷年腐蚀量对比腐蚀介质2Cr13的腐蚀量(mm/a)97% Al2O3的腐蚀量(mm/a)硝酸65%(质量分数)沸腾3100.01氢氧化钠20%(质量分数)沸腾1.00.0100亿元/年，这是个诱人的(经济效益)数字。现在提高金属表面硬度的途径常见有调质热处理淬火，离子氮化与堆焊等途径，这些处理加工方法的结果，其表面硬度得到有效提高。在带有颗粒液体的磨损和高压差下的冲刷、空化气蚀下，用金属作为内件的控制阀，其磨损还是很严重，导致阀关不死控不住，最终阀失灵。同现有耐腐蚀控制阀一样，在一些使用场合，危及安全，隐含

5、事故，并且成本高，费用大。寻找耐磨性更高而又成本低兼的合适材料为阀内件是工程技术和科研人员所关心的。 2 耐腐耐磨新型控制阀的研制 对于控制阀这一具有节流口的机械产品，同时存在被腐蚀、磨蚀问题，而被腐蚀、磨蚀的核心部件是对流体以接触切断方式工作的节流阀芯与阀座的表面。这样，选择制造阀芯、阀座材料是解决控制阀耐腐蚀耐磨蚀的重要途径。 针对现有耐腐蚀、耐磨控制阀所出现的不足，采用特种陶瓷为材料，设计制造控制阀的内件(阀芯、阀座)，如套筒式控制阀的陶瓷内件。陶瓷的耐腐性能与不锈钢的对比如表1所列，其HRC85，其他机械性能：抗压，230MPa以上；抗弯，230MPa以上；耐温,1400；急冷急热，5

6、0140，200次。 套筒的流通面积随阀杆行程的分布是按低压降比控制阀技术设计，即工作流量特性为线性或等百分比，并可在低压降比下(0.060.18)运行。套筒式控制阀的陶瓷内件配以现有控制阀的其余部件就构成新的耐腐耐磨控制阀，型号为ZMAMCS。 3 应用结果 该阀在镇海炼化公司炼油厂3Mt/a 轻柴油加氢脱硫废液罐液位控制系统中得到应用。 如在第2节中所述，该控制系统中已使用现有国内外通用的耐腐蚀控制阀多台，使用时间皆只有12个月，最长也只有3个月，阀就关不死，泄漏严重，失去控制作用，自动调节系统失效。长期以来该液位控制系统处于失控状态，其结果是影响生产，危及安全，经常更换新阀，给生产带来一

7、影响，并且运行维修运行费用高。2001年11月，该厂更换原阀，换上了ZMAMCS型套筒控制阀。 换上后自控系统顺利投人，系统正常运行至今；表明该阀经受住流体的强腐蚀作用，确保了生产的正常安全运行，节约了大量维修更新阀的费用，操作人员满意。 4 结束语 陶瓷内件套筒式控制阀的成功运行，表明陶瓷内件是一种更耐腐，并同时兼有耐磨耐高温三者功能为一体的材料，这是现有控制阀难以实现的；同时延长了阀的使用寿命，节约了费用，也节约了制造现有控制阀内件的稀有金属，这符合国家的资源政策。 陶瓷材料存在脆性，不抗击打的致命弱点，将它制作为阀内件深居阀内部，得用相当厚的金属阀体外壳的保护，避免了陶瓷内件被外力直接击打；而阀体受外力击打时，对内部的陶瓷内件的影响是有限的；阀正常工作