减压阀密封面及内件的材料

减压阀密封面及内件的材料 减压阀密封面 减压阀密封材质 减压阀内件 减压阀如何密封

之前介绍黄铜带表消声减压阀使用注意事项，现在介绍减压阀密封面及内件的材料
    减压阀的密封面是指阀座和关闭件相互接触形成密封的部分。阀f1的内件通常指闸板（或阀瓣、球体及蝶板等）、阀座和阀秆，但在有些情况也包括其他零件，如衬套、上密封座等，经常用Trim表示。减压阀在给定的弹簧压力即范围内，使用出口压力在大值和小值之间能调整，不得有卡阻和异常的振动，对于软密封的减压阀在规定的时间内不得有渗漏的情况发生，对于金属密封的减压阀的话渗漏应该不大于大流量的0.5%。出口流量变化的时候起出口压力偏差值，直接作用式不大于20%先导式不大于10%，进口压力变化时候其出口压力偏差值，直接作用式大于10%，先导式不大于5%。对于减压阀的部件也是有规定的，阀体地步应该舍友排泄孔，并用螺塞堵封掉;阀体两端连接法兰的通径应该要相同的，而且和工程通径DN要一直;导阀瓣采用锥面密封的时候，其密封宽度不大于0.5mm;主阀座喉部的直径一般不小于0.8DN;弹簧指数应该在4到9的范围之内选取等。
    上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,水减压阀阀门密封面是阀门为关键的一个工作面，阀门密封面质量的好坏是直接能反应出这个阀门的使用期限，而密封面上用的材料又是保证密封面质量的重要因素的存在，所以，在选择阀门密封面料的时候要考虑到下面几个要点：内件材料的选用原则如下：
    1)根据主体材料、介质特性、结构特点及零件的受力等综合考虑。
    2)内件材料的耐腐蚀性能应高于或与主体材料相当。

1、耐腐蚀。“腐蚀”即密封面在介质作用下，表面受到破坏的过程。如果表面受到这种破坏，密封性就不能保证，因此，密封面材料必须耐腐蚀。材料的耐腐蚀性主要取决于材料的万分及其化学稳定性。

2、抗擦伤。“擦伤”即密封面相对运动过程中，材料因摩擦而引起的损坏。这种损坏必然引起密封面的破坏，因此，密封面材料必须具有良好的抗擦伤性能，尢其是闸阀。材料的抗擦伤性往往是由材料内部性质决定的。

3、耐冲蚀。“冲蚀”即介质高速流经密封面时，使密封面遭到破坏的过程。这种破坏在高温、高压蒸汽介质中使用的节流阀、安全阀更为明显，对密封性破坏影响很大，因此，耐冲蚀亦是密封面材料的重要要求之一。

4、应有一定的硬度，并在规定工作温度下硬度下发生大的下降。

5、密封面和本体材料的线膨胀系数应该近似，这对镶密封圈的结构更为重要，以免高温下容易产生额外的应力和引起松动。

6、在高温条件下使用，要有足够的抗氧化、抗热疲劳性以及热循环等问题。



减压阀密封面及内件的材料

在目前情况下，要找到全面符合上述要求的密封面材料是很难做到的，只能根据不同的阀类和用途，重点满足某几个方面的要求。例如，在高速介质中使用的阀门应特别注意密封面的耐冲蚀要求；而介质中含有固体杂质时则应选择硬度较高的密封面材料。
    1．密封面的材料
    阀门密封面应耐磨损、耐腐蚀、耐冲蚀及耐擦伤，有足够的挤压强度，在高温下有足够的抗氧化性和热疲劳性，密封面与阀体的热膨胀系数应相近，具有良好的加工性能和焊接性能，且应在价格和材料性能之间综合考虑。
    阀门的密封面分为金属密封面、软密封面和密封剂密封面三种。
    (1)金属密封面的磨损金属密封面主要用于耐磨损、耐冲蚀、耐擦伤及耐高温的场合。磨损可分成黏着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、冲蚀磨损和擦伤等。
    ①黏着磨损。黏着磨损为普遍，是由阀门密封面两种固体材料交界面的巨大黏着力而产生的。当阀门的密封面互相滑动时，接合点不断接触和断离，形成磨粒性磨损。
    ②磨粒磨损。阀门密封面中粗糙的较硬表面，在相对较软的表面滑动时产生的磨损。控制磨粒磨损的有效办法是使较软的材料硬些。
    ③表面疲劳磨损。反复循环加载和卸载会使表面或表面下层产生疲劳裂纹，终导致表面的破坏，形成碎片和凹坑。
    ④冲蚀磨损。由锐利的粒子冲刷密封面而产生。它与磨粒磨损相似，但经冲蚀磨损后的表面很粗糙。
    ⑤擦伤。阀门密封面在相对运动的过程中，因摩擦而引起的破坏，这是由密封面硬度差不合理造成的。
    (2)金属密封面阀门金属密封面常用的材料有铜合金、铬不锈钢及钴基硬质合金等，也可以是经过表面处理的本体材料。
    1)铜合金。JB/T 5300-2008《工业用阀门材料选用导则》中所列的铜合金密封面主要有铸铝黄铜( ZCu2n216Fe3Mn3)、铸铝青铜(zc。A19M。2和ZCuA19Fe4Ni4Mn2)、铸锰黄铜(ZCu2n38Mn2Pb2)及黄铜(H62)等。铜合金在水或蒸汽中的耐腐蚀性和耐磨性好，但强度低，不耐氨和氨水腐蚀，适用介质温度不大于250。C。
  2)铬不锈钢。铬不锈钢有较好的耐腐蚀性，但耐擦伤性较差，特别是在密封比压较大时容易擦伤。铬不锈钢密封面的材料有12 Cr13、20Cr13及30Cr13．可采用本体材料或堆焊。堆焊焊条的化学成分相当于12 Cr13、20 Cr13及30C．13。铬不锈钢堆焊焊条见表4 -12。表4 -12铬不锈钢堆焊焊条

    在阀门的制造和修复中，铬不锈钢堆焊焊条常用来堆焊工作温度在450℃以下、工作压力为1 6~ 16MPa、基体材料为铸钢的电站、石油化工用阀门的密封面。通常，阀体（阀座）宜采用2 Cr13型堆焊焊条，闸板（阀瓣）采用硬度稍高的20Cr13型堆焊焊条。
  3)钴基硬质合金。钴基硬质合金的特点是耐腐蚀、耐磨损及抗擦伤，特别是热硬性好，即使在高温下也能保持足够的硬度。堆焊和热喷涂是钴基硬质合金制备的常用方法。堆焊有钴基硬质合金堆焊和合金粉末等离子弧堆焊。合金粉末等离子弧堆焊和热喷涂是阀门制造厂的一种代用工艺措施，本书不作详述。

  钴基硬质合金又称司太立合金，是典型的阀门密封面堆焊材料。虽然钴(Co)是较为贵重的金属，但是由于它具有抗腐蚀、耐高温等一系列的优良性能，在高温、高压蒸汽阀门以及石油、化工等重化工行业应用比较广泛。
    钴基硬质合金可采用氧乙炔焰堆焊、手工电弧堆焊、钨极氩弧堆焊和等离子弧等工艺，在低碳钢、中碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、06Cr13型不锈钢及耐热钢上进行堆焊。
    ①公称直径不大于DN200的阀门优先采用钨极氩弧堆焊和氧乙炔焰堆焊。
    ②公称直径大于DN200的阀门优先采用等离子弧堆焊。
    ③上述工艺方法不能实施时（如阀体内部堆焊），采用手工电弧焊。
    氧乙炔焰堆焊、钨极氩弧堆焊及等离子弧堆焊常用焊丝为H S111(相当于D802)、HS112（相当于D812）；手工电弧堆焊采用焊条为D802、D812。
    钴基硬质合金是以钴(Co)为基体成分，加入铬(Cr)、钨(W)等元素组成合金，其化学成分及硬度见表4 -13稆表4-14。表4-13钻基硬质台金焊丝的化学成分及硬度（D系列）

  4)表面处理。常用的表面处理方法有化学镀镍、镀铬及氮化等。
  由于化学镀镍具有抗冲刷、抗机械磨损、防腐及降低摩擦系数等特点，在石油、天然氕的钻采及集输中的阀门广泛应用，如管线球阀的阀体、阀座、支撑板及阀杆，平板闸阀的闸板、阀座等。化学镀镍不需要外加电流，金属表面在催化作用下经过化学还原法进行金属沉积。常用标准有ASTM B733镍磷镀层和CB/T 13913-2008《金属覆盖层化学镀镍一磷合金镀层规范和试验方法》。阀门常用的化学镀镍的厚度有两种：一种是0. 05mm  (0. 002in)，另一种是0 075mm  (0. 003in)。为提高镀层的硬度，需根据不同的硬度要求，进行200~ 400℃的热处理。
  5)其他密封面材料。其他密封面材料见表4 -15。表4 -15其他密封面材料
  6)烧结硬质合金。烧结硬质合金是用碳化钨( wc)粉末和少量钴(Co)
以不同配比混合后烧结而成。可在异常苛刻的工况下，控制磨损问题。阀门中用碳化钨来控制磨损的实例有：
  ①调节阀的阀瓣、阀杆和阀座。
  ②滑板阀的滑板和阀座。
  ③圆盘阀的阀瓣和阀座。
  ④整体为碳化钨的球体、阀座和减磨垫等。
  常用烧结硬质合金的牌号、化学成分和力学性能见表4-16。
    表4-16常用烧结硬质合金的牌号、化学成分和力学性能

  7)陶瓷。随着高磨损、强腐蚀等严苛工况的不断出现，传统的金属阀门已
经不能满足这些工况的要求，陶瓷阀门与金属材料相比，其大的优点是优异的高温力学性能、耐腐蚀、耐磨损及密度小，因此陶瓷阀门具有如下性能：
  ①耐磨损。陶瓷的硬度是不锈钢的5—15倍，耐磨性能非常。
  ②耐腐蚀。陶瓷对于大多数的酸碱物质来说，其化学性质稳定，抗腐蚀性能非常好。
  ③耐高温。陶瓷的熔点很高，大多数陶瓷在高温下具有稳定的力学性能。
  陶瓷阀门由于具有上述诸多优点，因此被广泛运用于电力行业、多晶硅、气力除灰系统的粉煤灰输送及冶金工业领域等。
    陶瓷阀门常用的陶瓷有氧化锆( 2r02)、氧化铝(Al：03)、氮化硅(Si3 N4)和碳化硅( SiC)四种，四种陶瓷的性能见表4-17。表4-17四种陶瓷的性能无腐蚀或腐蚀可以忽略，使用。B：0 1~0 3mmg/（cm2．天）
  轻微腐蚀，使用后需每年检查。C：>0.3mm∥(cm2．天)，腐蚀严重，建议不要使用。
    陶瓷阀门的类型有陶瓷控制阀、陶瓷球阀、陶瓷旋塞阀、陶瓷平板阀、陶瓷闸阀和陶瓷滑板阀等。根据耐腐蚀和耐磨损要求的不同，有通道内衬陶瓷，即内件全部采用陶瓷材料；也有通道不衬陶瓷，即内件部分采用陶瓷等。陶瓷球阀及陶瓷内件如图4-24所示。
    (3)  API 600列入的常用金属密封面组合API 600列入的常用密封面材料组合见表4 -18，选用时，应根据材料的性能综合考虑，目前常用的内件号是1、2、5、8、10。API 600列入的内件号除用于API 600闸阀外，还经常用于其他各种金属阀门，并作为阀门金属密封面材料组合的代号。表4-18   API 600列入的常用密封面材料组合



①HB（即BHN）是ASTM El0布氏硬度的符号。
②不允许采用易切削钢。
③阀体和闸板密封面的硬度低为250HB，且应有50HB的硬度差。
④制造商的标准硬度。
⑤不要求阀体与闸板密封面之间的硬度差。
⑥氮化层厚度低0.13mm (0.005in)的表面硬度。
⑦这种分类包括如Ste儿it 6 rH、Stoody 6TM以及W出1x 6TH之类商标材料。
⑧制造商标准中以多含25%的含铁量表面硬化。
⑨阀体和闸板密封面之间的硬度差必须符合制造商的标准。
⑩制造商标准中用低30%的镍。
⑩标准中密封堆焊材料。
注：Cr-铬，Ni-镍，Co-钴，Cu-铜，NA-不可应用。
API 600列入的内件号和允许替代的内件号见表4-19。
表4-19  API 600列入的内件号和允许替代的内件号


    (4)软密封面软密封面常用的材料是橡胶和聚四氟乙烯。
    1)橡胶阀座密封圈。橡胶（国外经常叫弹性体）是可由较大变形状态快速恢复为原态的材料，或者采用强崩性手段使其恢复为原态的材料。橡胶受压时可以发生较大的变形，来金属表面的微观不平度，而刍应力消除后又能恢复其原来的形状，这种现象被称为材料的“记忆特性”，所以工程上很多场合选用橡胶密封圈来做密封材料。
  橡胶密封经常用于球阀（特别是管线球阀）、蝶阀及隔膜阀。管线球阀与常规球阀大的区别在于阀座密封固常采用橡胶替代PTFE塑料，这一改进使阀座在很小的压差下即可获得气泡级的“零”泄漏，并可轻松实现DBB、DIB-1及DIB-2功能。橡胶在管线球阀中被大量应用并取得很好的效果主要是由于密封原理发生了根本的变化。
    如果用高分子材料，如PTFE作为次级主密封的阀座密封圈材料，那么由压差引起的介质力作在阀座上，推动阀座与球体接触，高分子材料上的接触应力使密封环发生宏观变形，达到密封效果。由于高分子材料不是一个弹性体，在介质力的作用下会发生局部的塑性变形。
    如果采用橡胶作为阀座密封圈的材料，其作用在阀座上的介质力只是把阀座推向球体，这个力不需要很大，而真正密封的力是介质进入橡胶凹槽的一侧压迫弹性体发生弹性形，像一个弹簧被压缩一样，弹性体通过自身要求恢复初始形状的力，其作用在球体表面，这一密封原理称为弹性体自身变形密封原理。显然这一密封效果好得多，只要合理地选择凹槽与球面的间隙，其密封压力差高可达到320×l05Pa。
    采用橡胶作为管线球阀的密封材料，其截面形状可以做成0形和三角形，橡胶的邵尔硬度为98，被牢固地锁定在凹槽内，其适用的阀门压力级范围为CLASSI50~900。常用的橡胶材料为T49/TB Sh98（HNBR hydrogenated nitryilr therban）、T58Sh98 (FKM Vit。n)全氟醚橡胶T58/VED（FKM防爆型Vit。n）防爆型全氟醚橡胶和T58/CLT (Sh989FKM Viton GLT)全氟醚橡胶，其温度适用范围如图4-25历示。图4-25橡胶材料的温度适用范同
    管线球阀在正常运行时，密封用的橡胶在较大或较小的程度上受到其表面溶解气体渗入和溶解的作用，经过一段时间，橡胶的含气量会达到饱和。只要橡胶内部气体压力与环境之间处于平衡状态，受到的损坏就会小，密封性能不会降低，除非受到其他因素的影响，如化学、热力降解或挤出损害。但是，一旦橡胶周围的压力突然消失（如爆管），已渗入橡胶体内的气体不能足够快地释放，将发生爆炸减压(ED)破坏，使橡胶失去密封性能。这种破坏不会立即显现，有时要几个小时后才呈现，因此不具有防爆减压(AED)性能的橡胶表面将呈现出开裂、鼓泡、内部裂纹等，如图4-26所示。
    曾有一家国外的石油公司在深海平台上*次发现阀门爆炸减压破坏现象，阀门失效后该公司不得不停止作业数周图4-26爆炸减压破坏形式来更换阀门，结果损失惨重。从此以后，石油公司要求阀门厂商提供的高压阀门必须带有防爆减压功能，并制定专门测试标准，
如NORSOKM710及TOTAL CS PW142等。2002,年，美国石油学会标准API 6D( 22版)规定：设计压力大于或等于PN100C/45S600)的阀门必须设计为防爆减压式。橡胶防爆测试如图4-27所示。国内由于技术和工艺的限制，具有防爆减压功能的橡胶密封圈还主要依赖进口。
  2)聚四氟乙烯阀座密封圈。聚四氟图4-27橡胶防爆测试
乙烯(vrFE)经常用作球阀的阀座和阀门的填料。PTFE大的缺点是不具有“记忆特性”，它的弹性范围很小，塑性范围很大，而且当应力达到一定程度时，就会产生“冷流”现象。例如PTFE在常温下，产生“冷流”的极限应力为42MPa；温度为150℃时，产生“冷流”的极限应力值为4.7MPa。PTFE的另一个缺点是热膨胀特性，PrFE的热膨胀系数是钢的7.5倍。当温度升高时，密封材料的过盈量增加，阀门的关闭扭矩增加，开关失灵；当温度下降时，密封材料收缩，保持密封的过盈量消失，阀门就产生泄漏。为了克服PTFE的“冷流”和热膨胀特性的缺陷来改善其“记忆特性“，球阀阀座在设计时常采用具有挠性的唇式密封技术。
    API 608标准规定了PrFE和R—PTFE球阀阀座的温度一压力额定值，见表4-20。对给定的阀门压力等级，阀座的温度一压力额定值可能低于ASME B16.34给定的阀体额定值。采用其他密封面材料的阀座时，其温度．压力额定值应咨询供应商。图4-28所示为尼龙或PEEK等工程塑料阀座压力温度额定值（Velan公司提供）。表4-20   API 608规定的PTFE和R-PTFE球阀阀座温度·压力额定值(单位：bar)


  也可采用Devolnc德威龙）作为阀座密封材料。Devoln与PTFE、Nylon6和PEEK的温度一压力性能对比如图4-29所示，Devoln比PTFE和Nylon6具有更好的性能，比PEEK具有更高的性价比。 

5)密封剂密封有些阀门配有一种密封剂注入设备，可定期向阀座和阀杆注入密封剂，从而在较长时间内保证有效的密封。阀门关闭之后，注入阀门密封面之间的密封剂可堵塞泄漏通道。油封旋塞阀和压力平衡旋塞阀就是*依赖与本产品相关论文：施耐德SND智能调节型电动减压阀