哈氏合金球阀技术说明浙江摩根阀门有限公司
哈氏合金球阀适用范围
本技术方案介绍适用于：
针对主体材料选用哈氏合金的金属硬密封球阀的技术方案。
（要加上为什么选用球阀的原因，从结构流道优势和流体力学及冲刷腐蚀入手说明）
二、 哈氏合金球阀产品特点
浙江摩根阀门有限公司结合多年的研制与生产经验，对管线球阀已拥有了丰富的设计与制造经验，是管线球阀的专业制造厂商。管线球阀是我公司的主导产品之一，可靠的产品质量，满意的售后服务，使我公司先后成为了中石油、中石化的合格供应商。在长输管线，石油、天然气工业等领域得到了广泛的运用。
我公司设计制造的管线球阀一般分为：分体式软密封管线球阀、分体式金属硬密封管线球阀和全焊接管线球阀。分体式管线球阀通过高强度螺栓连接侧体与阀体。全焊接管线球阀通过焊接方式将侧体与阀体连接。球体都采用固定式结构，阀座采用浮动式设计。
分体式管线球阀通过螺栓连接侧体与阀体，便于安装于维修。设计标准符合API 6D标准，主体材料的温度与压力选择以及zui小壁厚的设计符合ASTM B 16.34标准规范。为了保证产品的质量与设计的合理性，产品设计利用SOLIDWORKS建立模型，用ANSYS有限元分析，并不断优化设计。确保了产品的可靠性、经济性以及安全性。
为更好实现产品的高性能，对产品材料的化学成分严格控制，零部件制造采用数控加工，并的尺寸检测与严格的工艺要求。
本阀门具有双向密封功能，任何一侧都可以承受全压差，截断介质，并体现较佳密封性能。实现管路的连接与切断功能。
分体式管线球阀在阀杆与填料箱密封处设计了注脂阀，以及在阀座与侧体处设计了注脂阀，起到了二次紧急密封作用，延长了阀门的使用寿命。
阀门具有防火防静电结构，发生火灾时，阀门在大火中温度异常升高，内部软密封材料被烧毁，此时，阀门金属密封结构起到了辅助密封作用，能够有效的控制介质的泄漏量。阀门防火设计*API 607的规范要求。阀门开启与关闭动作过程，球体与阀座之间有相对摩擦，同时产生静电，对于输送易燃易爆介质存在很大的潜在危险。阀门防静电结构可以有效的将球体与阀座之间产生的静电导出。避免了危险的发生。阀门防静电结构设计符合的规定。
阀门的执行机构可以选择气动、电动、蜗轮以及气液联动或电液联动等。也可以按照客户的特殊要求。
三、 哈氏合金球阀方案介绍
1、设计参数如下：
l 公称压力：900Lb；（按客户要求）
l 公称通径： 2”全通径；（按客户要求）
l 主体材料：hasloy C-276；
l 内件材料： hasloy C-276+钴基+碳化钨；（球阀用Hasloy G30）
l 连接形式：按照客户要求；
l 结构长度：按照客户要求；
l 泄漏等级：FCI 70.2 VI；
l 设计标准： ASME B16.34，API6D等
l 适用温度：常温。
2、哈氏合金球阀设计标准
设计规范：设计和制造按ASME B16.34；
阀门结构长度按ASME B16.10；
法兰尺寸按ASME B16.5。
参考标准：
API 6D-2008《石油和天然气工业管线输送系统管线阀门》；
API 598-2009《阀门的检查我和试验》 ；
ASTM A182- 2002a《高温用锻制或轧制合金钢法兰、锻制管件、阀门和部件》；
ASTM A193/A-2001b《高温用合金钢和不锈钢栓接材料》；
API Q1-2007《质量纲要规范》；
NACE-MR-0175-2003 《油田设备用抗硫化物应力腐蚀断裂和应力腐蚀裂纹的金属材料》；
API 607 《阀门火烧试验》等。
（填上哈氏合金标准号）
3、哈氏合金球阀材料的选择
根据氢气特性，阀门主要部件材料选择如下：
阀体、侧盖、：Hasloy C-276；
球体：Hasloy C-276+钴基+碳化钨；
阀座：Hasloy C-276+钴基+碳化钨；（球阀用Hasloy G30）
阀杆：XM-19；
弹簧：Inconel X-750；（这二项与介质接触，抗腐蚀能力是否可行？）
紧固件：B7+喷氟；
中法兰密封材料：石墨+O型圈（氟橡胶）。（数据表要求在250°C下稳定动行，氟橡胶可行否？）
球体与阀座属于内件，*暴露与介质之中。阀座与球体之间采用金属硬密封接触。
阀座、球体表面采用先堆焊钴基合金(先热喷钴基合金然后碳化钨再喷钴基合金，厚度达1mm以上，重熔处理)，然后钴基表面再采用世界上*的“镍包碳化钨超音速热喷涂并重熔工艺”的硬化处理。提高密封面的耐磨性和硬度及抗冲刷性。
WC是一种高硬度、高强度和高耐磨性兼备的硬质合金，它的粒度一般为0.2～1.0µm以下，大部分在0.5µ,m以下，具有硬质合金的高硬度和高速钢的强度。其硬度不小于HRC68，结合强度不小于70。
本公司生产的硬密封球阀，阀座、球体表面采用镍包碳化钨（在Ni60中加入一定比碳化钨）超音速热喷涂。厚度可达0.5～0.8mm。以保证密封面不受介质及其中棵粒物的影响；降低表面的摩擦系数，提高表面抗磨损性能，它具有耐磨、减摩、耐热、耐腐蚀、摩擦系数低、防咬合等特点，能改善表面性能，提高寿命。
在喷涂后工件整体进行重熔热处理，减少硬质合金表面的孔隙率，提高涂层致密度，增加喷涂的硬质合金与本体的结合力，与底材更牢固地粘结,使其成为一体。可有效地抑制裂纹的产生和扩展，从而提高涂层的硬度和韧性，并获得适当的硬度/韧性比和降低残余应力提高密封面的硬度和耐磨性。从而具有较高的承载能力。从而大大的提高了阀门的使用受命。
（喷涂表面含球流道和阀座流道，冲刷和腐蚀共同做用下，从没有硬化的表面开始）
弹簧材料的选择
为了能够满足工况的需求，抗氢腐蚀，同时又要有良好的机械性能，能够提供密封所需要预紧力，因此采用了inconel X-750合金材料。
阀杆材料的选择
阀杆的设计与球体分离，便于维修，以及更换密封材料。阀杆与球体连接传递zui大扭矩。阀杆可以选用高强度的XM-19（耐腐蚀上可能不行），表面镀ENP，提高硬度。
阀体与侧体的密封材料选择
阀体与侧体之间选择夹不锈钢石墨缠绕垫，可以起到密封和防火功能。在阀体与侧体之间增设了O型圈（诺是金属的可以，橡胶类O形圈可能温度上不可以），作为一级密封。缠绕垫作为次级密封。如下图所示：
螺栓和螺母的选择
螺栓和螺母选用ASTM A193-B8M和ASTM A194-8M，适用温度范围：-29~180℃。材料符合NACE 标准要求。
4、哈氏合金球阀设计方案结构示意图
5、哈氏合金球阀结构特点
本球阀通过球体90°旋转打开或关闭，实现管路的联通与切断功能。
阀门通过阀杆上键与执行机构（电动、气动、蜗轮传动、液动或气液联动等）连接。执行机构输出力矩，传递于阀杆，阀杆带动球体旋转90°，实现阀门启闭动作。
球体与阀座圈之间的紧密贴合，以及合理的材料选择与精密的工艺加工，决定了作为截断介质的*密封副匹配。
阀座后面的弹性元件提供了阀座与球体之间密封所需要的zui小预紧力。同时，阀座圈的密封面设计满足密封所需的必须比压和许用比压。当阀门在环境温度变换时，球体密封面和阀座密封面产生收缩或膨胀，导致密封效果受到影响。此时，阀座后面弹性元件起到自调节功能，将阀座调整到*位置，发挥了阀门*密封性能。阀座密封面与球体密封面长期磨损的情况下，压缩量逐渐减少，也影响了阀门的密封效果。此时，阀座后面的弹性元件与介质的作用力将阀座推向球面，压缩量得到了一定补偿，阀座起到了活塞作用。此外，当阀腔压力过大时，为了防止中腔截压过载的危险，具有活塞作用的下游阀座，在中腔压力下阀座被推开脱离球面，中腔压力得到泄放，起到了自泄压功能。（要求压力泄放到上游）这也是活塞阀座的另一功能。阀座的结构设计符合API 6D要求。
本球阀结构属于硬密封球阀。阀门为分体式结构，球体与阀座从侧端装入。
阀体：采用哈氏合金锻钢材料。化学成分和机械性能符合ASME 标准要求。
阀杆是传递阀门扭矩的关键件，阀杆表面加工的光洁度影响整个阀门的扭矩。提高阀杆表面的硬度，可以减小阀杆的磨损。为此，阀杆采用了精加工、滚压、抛光等工艺。阀杆表面光洁度可达Ra 0.2~Ra0.4，阀杆通过镀镍磷工艺提高了表面硬度。
阀杆上设计了防静电结构，保证了球体与阀杆，以及阀杆与阀体之间的金属连接。符合相关设计标准要求。
球体与阀座的加工是整个阀门密封性能的关键。球体和阀座采用锻件材料加工而成，球面和阀座密封面先堆焊钴基合金，然后超音速喷焊混合硬质合金。球体在加工中严格控制了球面的圆度，达到0.005mm。球体和阀座密封面喷涂层加厚。密封表面采用High velocity oxy-fuel (HVOF)超音速喷焊之后，利用Spray and fuse (S&F)重熔技术，增强了硬质合金与基体之间的结合力。
球体与阀座使用设备进行配对研磨。装配之前，再经过技师们的手工研磨和测试，使密封面的光洁度可达0.2以上，以保证球体密封面和阀座密封面100% 接触。从而使泄漏等级达到FCI 70-2 VI级（ASME B16.104）。
这种球面与阀座密封面材料匹配以及特殊的密封面加厚层工艺，保证了阀门长寿命特点。
固定球阀的阀座次密封以及阀杆密封的设计，引进了*的唇形密封座（Lipseal）。并结合了自身多年的特种阀门设计研发经验，以及各类金属密封圈的研制经验（如：金属C型圈，空心金属O型圈，金属U型圈等），将其改进，达到了更优密封效果。我公司称其密封圈为：U型弹簧蓄能增压密封圈，并向国家局申报了实用型。
浙江摩根阀门有限公司自主研发的U型弹簧蓄能增压密封圈，采用了金属U型圈外面包覆PTFE或PCTFE作为密封材料。取代了使用螺旋弹簧做骨架的唇形密封座（Lipseal），避免了重叠或焊接连接而导致的受力不均现象。U型弹簧蓄能增压密封圈在不同的温度与压力下，经过反复验证，表明受力均匀，密封良好。如下图：
U型弹簧蓄能增压密封圈作为阀座后次级密封，可以实现阀座DBB（或DIB）的功能，符合API 6D设计要求。
阀门在温度剧烈变化中，U型弹簧蓄能增压密封圈可以根据压力与温度的变化自身调节，同时还降低了阀门的扭矩。介质的压力结合金属圈的弹性蓄能为密封比压提供了zui小预紧力。巧妙地结构设计，大大的延长了阀门的使用寿命。
阀门阀杆与填料处设计多重密封组合，既设计了柔性石墨防火填料密封，又增加了U型弹簧蓄能增压密封圈，并O型圈辅助密封。保证了阀门填料泄漏等级满足MESC SPE 77/312微泄露试验。密封结构详见小样图。
6、执行机构的选择
分体式固定硬密封球阀的结构设计，可以满足客户对不同执行机构的要求。
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