Zr705鋯合金美標(biāo)球閥產(chǎn)品說明

鋯及鋯合金以其優(yōu)異的耐蝕性廣泛應(yīng)用于合成醋酸工藝裝置等系統(tǒng),，并成為其中溫度高、腐蝕強(qiáng)的部分裝置與管路系統(tǒng)金屬材料,。鋯材閥門作為輸送管線上控制介質(zhì)流動(dòng)的啟閉單元也得到了廣泛的應(yīng)用,。一種鋯材球閥，包括閥體,、球芯和閥桿,，球芯的球狀表面是板材成型式的外殼，通徑管則置于球芯的外殼中固定連接構(gòu)成空心結(jié)構(gòu),，且外殼和通徑管之間的空間內(nèi)設(shè)有若干條加強(qiáng)筋,，在球芯的上下面還分別設(shè)有同軸的上轉(zhuǎn)動(dòng)柱和下轉(zhuǎn)動(dòng)柱，上轉(zhuǎn)動(dòng)柱和閥桿的下端連接,。本實(shí)用新型的球芯基本空心,，球芯的重量輕,，使用的鈦材或鋯材少，大大降低了成本,，而且球芯的質(zhì)量好,，結(jié)構(gòu)合理，整體強(qiáng)度高,，不易磨損,。同軸的上、下轉(zhuǎn)動(dòng)柱可以使球芯的裝配方便轉(zhuǎn)動(dòng)操作更輕便,，閥門控制更迅速容易,。介紹了鋯及鋯合金閥門的選型及其應(yīng)用領(lǐng)域。分析了閥門產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造、材料選用及設(shè)計(jì)計(jì)算等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,。給出了鋯及鋯合金閥門的設(shè)計(jì)制造、焊接工藝及無損檢測(cè)檢驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn)的確定方法與使用準(zhǔn)則。此類閥門主要依賴進(jìn)口,，閥門的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),、材料標(biāo)準(zhǔn)及零件的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則的選用和規(guī)范是該類產(chǎn)品國產(chǎn)化工作的根本,。

2,、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)
2.1,、產(chǎn)品類型
規(guī)格參數(shù)
壓力等級(jí)： PN1.6-10.0Mpa Class150-600Lb
公稱通徑： DN15-DN250 1/2"-10"
驅(qū)動(dòng)方式：手柄,、蝸輪蝸桿、氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)
相對(duì)應(yīng)的型號(hào)： Q41F- 16Zr,、Q41F-25Zr、Q41F-40Zr,、Q41F-64Zr、Q41F-100Zr、Q41F-150Lb(Zr),、Q41F- 300Lb(Zr),、Q41F-600Lb(Zr),、Q341F-16Zr,、Q341F-25Zr,、Q341F-40Zr,、Q341F-64Zr、 Q341F-100Zr、Q341F-150Lb(Zr),、Q341F-300Lb(Zr)、Q341F-600Lb(Zr)
適用介質(zhì)：耐高溫,、耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)
技術(shù)規(guī)范
設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T12237、API6D,、ASME B16.34
結(jié)構(gòu)長度：GB/T12221,、API6D,、ASME B16.10
連接法蘭：HG,、GB、JB,、API,、ANSI、ISO,、BS,、DIN、NF,、JIS
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：JB/T9092,、GB/T13927、API6D,、API598
主體材料
閥體,、閥蓋：Zr702,、Zr705、R60702,、R60705
球體,、閥桿：Zr702、Zr705,、R60702,、R60705
密封圈：PTFE、RPTFE,、PPL,、PEEK……

2.2、壓力-溫度額定值

壓力-溫度額定值是閥門設(shè)計(jì)制造首先面臨的問題,。然而在相關(guān)各標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的承壓件材料及其壓力-溫度等級(jí)中,，API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使用ASME B16.34中規(guī)定的材料，BS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使用BS1560和BS4504中規(guī)定的材料,，這兩類標(biāo)準(zhǔn)中的材料均未包括鋯及鋯合金,。對(duì)于鋯及鋯合金閥門，用于確定設(shè)計(jì)和使用性能選型的主體材料的壓力-溫度額定值在現(xiàn)行的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中未作規(guī)定,，其值需要根據(jù)使用材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料屬性計(jì)算確定,。ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范材料卷提供了鋯及鋯合金鍛件在不同溫度下的強(qiáng)度值可用于計(jì)算確定殼體材料的壓力-溫度等級(jí)，但鑄件在不同溫度下的強(qiáng)度值需經(jīng)試驗(yàn)確定,。在計(jì)算壁厚時(shí),，應(yīng)根據(jù)ASME B16.34附錄B正確選擇計(jì)算方式和ASME規(guī)定的用于設(shè)計(jì)計(jì)算的(殼體)材料的強(qiáng)度、許用應(yīng)力值和依據(jù)醋酸裝置用鋯及鋯合金閥門使用溫度確定的材料使用溫度參考值(表1),。經(jīng)對(duì)比及計(jì)算可知,，各溫度下鋯705的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋯702，鋯705可以獲得高于316L等不銹鋼材質(zhì)的剛性及強(qiáng)度,。在滿足耐腐蝕要求的前提下,，推薦選用該材料。

2.3,、連接尺寸及參數(shù)

鋯及鋯合金閥門規(guī)格采用公稱管徑(NPS)與ASME額定級(jí)(Class),。進(jìn)口裝置和國內(nèi)設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)的這類閥門結(jié)構(gòu)長度基本選用ASME B16.10短系列，符合API594標(biāo)準(zhǔn)的部分產(chǎn)品按該標(biāo)準(zhǔn)自身確定的結(jié)構(gòu)長度,。連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)選用ASME B16.5,，但在國內(nèi)外產(chǎn)品的實(shí)際工程應(yīng)用中，法蘭的強(qiáng)度按所選材料屬性進(jìn)行了校核修正,，主要體現(xiàn)在法蘭厚度應(yīng)厚于鋼制法蘭的標(biāo)準(zhǔn)尺寸,，其他尺寸包括外徑、連接孔尺寸及密封尺寸等為保證連接標(biāo)準(zhǔn)的一致未作變動(dòng),。

多年的實(shí)際應(yīng)用表明,，采用上述標(biāo)準(zhǔn)和部分修正*可滿足系統(tǒng)壓力管道元件連接規(guī)范化,、標(biāo)準(zhǔn)化、安裝要求和使用性能要求,。對(duì)于用鋯金屬所制造的閥門采用較短的結(jié)構(gòu)長度和修正的法蘭厚度，平衡了節(jié)約材料與高溫系統(tǒng)需要間的關(guān)系,。在國產(chǎn)化產(chǎn)品運(yùn)行近3年的工程實(shí)踐證明,，采用上述原則設(shè)計(jì)制造的閥門性能達(dá)到進(jìn)口產(chǎn)品的水平，而合理的價(jià)格取得了較低的系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本,。

2.4,、設(shè)計(jì)要求

不同類型閥門產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中各自的設(shè)計(jì)要求諸如密封系統(tǒng)要求、防噴出閥桿,、操作執(zhí)行器要求,、檢查和試驗(yàn)要求、銘牌標(biāo)識(shí)等,，鋯材閥門應(yīng)同樣遵循,。輸送B類流體的管道上使用軟密封球閥時(shí)應(yīng)選用防(耐)火型結(jié)構(gòu)的球閥。對(duì)于使用鋯材閥門的管道輸送的多為加有催化劑的醋酸介質(zhì),，尚不屬于易燃易爆流體,，所以，在目前國內(nèi)裝置中所用的這兩類閥門通常無上述兩項(xiàng)要求,。有些工藝管道因其特殊性會(huì)有防火要求,，通過特殊的閥座設(shè)計(jì)(如在閥座軟密封帶內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)金屬密封帶等)。在中法蘭連接和閥桿密封等密封環(huán)節(jié)有柔性石墨的密封材料在閥門意外受到火燒時(shí)可有效地防止介質(zhì)在內(nèi)部和向外部泄漏,。因此,，可以將抗靜電和防火要求作為鋯材閥門的附加要求體現(xiàn)在其設(shè)計(jì)制造規(guī)范中。

3,、材料標(biāo)準(zhǔn)
鋯及鋯合金閥門主要使用了ASTM B752,、ASTM B493及ASTM B550等3類材料標(biāo)準(zhǔn)。

3.1,、鑄件標(biāo)準(zhǔn)

ASTM B752為通用鑄件標(biāo)準(zhǔn),，而非用于閥門行業(yè)的專業(yè)化鑄件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也沒有被收錄到ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范材料卷中,。因此,，在使用該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)根據(jù)閥門使用的特點(diǎn)來選擇使用其中的性能指標(biāo)和檢驗(yàn)要求，需要時(shí)應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和狀態(tài)進(jìn)行必要的補(bǔ)充,。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鋯及鋯合金鑄件的級(jí)別(分為702℃,、704℃及705℃級(jí)別)、熔煉工藝要求,、化學(xué)成分,、熱處理及補(bǔ)焊,、表面質(zhì)量要求和標(biāo)記等。在該標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充要求中,，提出了射線探傷,、液體滲透探傷、拉伸試驗(yàn),、硬度試驗(yàn),、沖擊試驗(yàn)及高溫等靜壓。顯然,，零件的制造檢驗(yàn)應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)中的補(bǔ)充部分,。

高溫等靜壓(亦稱為熱等靜壓)是通過消減內(nèi)部缺陷的高溫致密化處理達(dá)到提高鑄件綜合性能的目的。高溫等靜壓后,，由于晶粒發(fā)生粗化,，通常其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度會(huì)有下降，其疲勞強(qiáng)度可獲得較大的提高,。如果該鑄件對(duì)疲勞性能要求不是十分重要,，綜合經(jīng)濟(jì)方面考慮，沒必要熱等靜壓,。因此,，可選擇性地應(yīng)用于閥體類的承壓殼體。按照閥門檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求,，閥體需要進(jìn)行1.5倍公稱壓力的強(qiáng)度試驗(yàn),，目的在于檢驗(yàn)閥體和閥蓋的致密性及包括閥體與閥蓋連接處在內(nèi)的整個(gè)殼體的耐壓能力。在這樣的檢驗(yàn)條件下,，應(yīng)考慮是否適時(shí)地進(jìn)行這些鑄件(包括閥體)的熱等靜壓處理,。

3.2、鍛件標(biāo)準(zhǔn)

在ASTM B493中,，規(guī)范了鋯及鋯合金鍛件的級(jí)別(分為R60702,、R60704及R60705級(jí)別)、材料和制造,、化學(xué)成分,、拉伸性能要求、工藝和質(zhì)量等級(jí)要求,、拉伸試驗(yàn)規(guī)則和方法,、檢驗(yàn)規(guī)則及標(biāo)記要求等，基本符合閥門承壓件和控壓件的制造要求,。該標(biāo)準(zhǔn)正文中沒有規(guī)定具體的無損檢測(cè)要求,，只是在補(bǔ)充要求S1條中要求能夠達(dá)到商定的內(nèi)部質(zhì)量要求。因此，作為閥門零部件生產(chǎn)時(shí)應(yīng)參照GB/T 12228中鍛件級(jí)別的要求根據(jù)不同壓力確定無損探傷要求,。

技術(shù)規(guī)范

試驗(yàn)壓力

Zr705鋯合金美標(biāo)球閥外形及連接尺寸表

 4、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

4.1,、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

鋯材閥門設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則及材料制造使用的標(biāo)準(zhǔn)為ASME規(guī)范Ⅷ卷Ⅰ壓力容器建造規(guī)則,，ASME規(guī)范Ⅷ卷II壓力容器建造另一規(guī)則及ASME規(guī)范卷Ⅱ材料D篇性能等。ASME規(guī)范采用僅是對(duì)*規(guī)范的推薦使用,，在實(shí)際應(yīng)用時(shí),，其選擇應(yīng)經(jīng)過協(xié)商。

4.2,、材料使用溫度

使用上述規(guī)范，首先能夠確定所用材料的使用溫度上限,，該值應(yīng)低于ASME規(guī)范中的較低值,，并以此確定不同閥門材料(702C/R60702、705C/R60705)的設(shè)計(jì)許用溫度上限,。在使用時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)材料允許使用的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工況工作溫度,，但此時(shí)的許用應(yīng)力值卻降到很低的值。如R60702的許用應(yīng)力值由室溫時(shí)的108下降到工作溫度375℃時(shí)的35.5,，而工況溫度通常為200℃以下,。因此，還應(yīng)根據(jù)工況溫度及合理的許用應(yīng)力降低幅度來確定該領(lǐng)域內(nèi)閥門材料的設(shè)計(jì)許用溫度上限,。當(dāng)然,，在不同的設(shè)計(jì)原則下該限值會(huì)有所不同(如增加壁厚和/或?qū)嶓w尺寸會(huì)使強(qiáng)度趨于安全從而獲得較高的許用溫度限值)。

4.3,、材料許用應(yīng)力

(1)承壓殼體材料

許用應(yīng)力從ASME規(guī)范查取室溫值或從ASME規(guī)范取得室溫下的抗拉強(qiáng)度值和屈服強(qiáng)度值后結(jié)合閥門殼體件計(jì)算常用安全系數(shù),、斷裂應(yīng)力、蠕變率和鑄造質(zhì)量系數(shù)(對(duì)鑄件而言)計(jì)算取得,。在確定鑄造質(zhì)量系數(shù)時(shí),，應(yīng)依據(jù)鑄造形式、*鑄件檢驗(yàn)情況,、關(guān)鍵截面無損檢驗(yàn)情況確定,，基本在0.8～0.9之間。使用規(guī)范時(shí)考慮到材料的特殊性,，應(yīng)檢驗(yàn)所用鑄鍛件的機(jī)械性能符合規(guī)范要求,。

(2)閥門其他部件材料

根據(jù)不同零件的性能要求，可以使用ASME規(guī)范常溫許用值,、溫度下的大許用應(yīng)力值,，對(duì)于R60702也可以使用ASME規(guī)范中的抗拉強(qiáng)度值和屈服強(qiáng)度值使用自行選擇其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全系數(shù)計(jì)算確定室溫及溫度下的許用應(yīng)力值。

(3)確定許用應(yīng)力值的準(zhǔn)則

結(jié)合安全系數(shù)、斷裂應(yīng)力,、蠕變率,、鑄造質(zhì)量系數(shù)(對(duì)鑄件而言)及射線照相檢驗(yàn)、液體滲透檢驗(yàn)等要求對(duì)質(zhì)量系數(shù)的影響構(gòu)成了鋯及鋯合金閥門的材料許用應(yīng)力計(jì)算準(zhǔn)則體系,。在抗拉強(qiáng)度的安全系數(shù)為3.5,、屈服強(qiáng)度的安全系數(shù)為1.5的情況下，許用應(yīng)力在室溫～204℃的溫度區(qū)域以抗拉強(qiáng)度為決定性因素,，在260～371℃的溫度區(qū)域以屈服強(qiáng)度為決定性因素,。

5、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
國內(nèi)工業(yè)級(jí)鋯制產(chǎn)品始于壓力容器,，并制定了部分鋯材標(biāo)準(zhǔn),，如GB/T13747.1～24-1992、GB/T21183-2007以及GB/T26314-2010等,，但常用于閥門設(shè)計(jì)制造的鑄件,、鍛件的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未制定。盡管一些鋯材生產(chǎn)單位有相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，但從目前的醋酸裝置設(shè)計(jì)單位所采用的閥門相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系,、設(shè)計(jì)制造閥門的生產(chǎn)單位的實(shí)際設(shè)計(jì)制造檢驗(yàn)操作的系統(tǒng)性而言，閥門生產(chǎn)單位選擇標(biāo)準(zhǔn)體系完整的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為基本依據(jù)更為適宜,。盡管該標(biāo)準(zhǔn)在抗拉強(qiáng)度的安全系數(shù),、設(shè)計(jì)壓力上與ASME標(biāo)準(zhǔn)有差異，但在制造與焊接環(huán)境,、焊接工藝,、無損檢測(cè)、污染檢驗(yàn)等方面較之ASME標(biāo)準(zhǔn)都有具體的規(guī)定,，便于遵循和執(zhí)行,。因此，借鑒該標(biāo)準(zhǔn)來控制,、要求設(shè)計(jì)和制造,，能夠更好地保證鋯及鋯合金閥門的質(zhì)量。

6,、結(jié)語
按前述標(biāo)準(zhǔn)和要求設(shè)計(jì)制造的鋯材閥門,，進(jìn)行了閥體有限元分析、殼體強(qiáng)度壓力試驗(yàn),、整體閥門抗壓及彎矩試驗(yàn),、溫度交變后密封試驗(yàn)等理論與實(shí)際試驗(yàn)的驗(yàn)證。在國內(nèi)近年來的醋酸裝置中,，不同品種規(guī)格的百余臺(tái)國產(chǎn)閥門已進(jìn)入實(shí)際工況使用,，經(jīng)過近3年工業(yè)運(yùn)行考核驗(yàn)證，目前運(yùn)行使用情況良好。隨著各項(xiàng)理論研究,、試驗(yàn)與驗(yàn)證工作的進(jìn)一步深入,，不斷完善設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)體系，鋯材閥門國產(chǎn)化工作將進(jìn)一步成熟,。

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