閥門主體零件適宜工作溫度及工況詳解三

4.4鈦合金

鈦(Ti)具有強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，足夠高的抗熱性和低溫韌性及良好的加工性能和焊接性能。用于閥門生產(chǎn)中主要是鑄造純鈦和鍛造純鈦ZTA2。   

鈦對(duì)腐蝕性介質(zhì)因溫度等工況的不同而表現(xiàn)出耐蝕、不耐蝕甚至起火、爆炸等。因此，訂貨和設(shè)計(jì)選用時(shí)應(yīng)對(duì)使用介質(zhì)的性質(zhì)(濃度、溫度等)給予明確的規(guī)定。   

鈦材質(zhì)的閥門在多種氧化性強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)和中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性能。

鈦在沸點(diǎn)以下且濃度≤80%的硝酸中均具有優(yōu)異的耐蝕性。而在發(fā)煙硝酸中當(dāng)NO2含量超過2%而含水量不足時(shí)，鈦與發(fā)煙硝酸反應(yīng)會(huì)發(fā)生爆炸，因此，鈦一般不用于含量80%以上的高溫硝酸。

鈦在硫酸中不耐蝕，鈦在鹽酸中具有中等的耐蝕性。一般認(rèn)為，工業(yè)純鈦可用于室溫時(shí)濃度7.5%、60℃時(shí)濃度3%及100℃時(shí)濃度0.5%的鹽酸中，鈦還可用于35℃時(shí)濃度30%、60℃時(shí)濃度10%及100℃時(shí)濃度3%的磷酸中。   

鈦在HF(氫氟酸)中不耐蝕，鈦在酸性氟化物溶液中也不耐蝕，鈦在硼酸和鉻酸中耐蝕，在氫碘酸和氫溴酸中可以使用。   

鈦可用于60℃10%硫酸和90%硝酸的混酸，沸騰的1%鹽酸和5%硝酸的混酸以及室溫王水(注：王水是3體積的濃鹽酸和1體積的濃硝酸的混合物)中。   

鈦在室溫下各種濃度的氫氧化鋇、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液中完全耐蝕，但不能用于沸騰的氫氧化鈉和氫氧化鉀中。堿中含氨會(huì)加劇鈦的腐蝕。   

鈦在自來水、河水和空氣中最高工作溫度為300℃。鈦可用于海水中最高流速達(dá)20m/s，鈦在溫度≤120℃海水中有很高的耐蝕性，若溫度高于120℃，可能會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕。   

鈦除了蟻酸、草酸和較濃的檸檬酸(濃度≥50%)外，鈦對(duì)所有的有機(jī)酸均具有優(yōu)異的耐蝕性，但有機(jī)酸中含水量過低(<0.1%)時(shí)鈦易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。 

鈦在碳?xì)浠衔锖吐然細(xì)浠衔镏杏袃?yōu)異的耐蝕性。鈦在干氯氣中能發(fā)生劇烈反應(yīng)生成TiCl4，并有著火的危險(xiǎn)，但鈦在濕氯(含水量在0.3～1.5%)中具有很好的耐蝕性。   

鈦在20～160℃干燥的HCl中是穩(wěn)定的，但在濕氯化氫中鹽酸對(duì)鈦造成腐蝕。

鈦在氯化物溶液中的點(diǎn)蝕電位較不銹鋼高，鈦抗氯離子的點(diǎn)蝕性能比不銹鋼好，因而鈦在氯化物溶液中獲得了廣泛的應(yīng)用。   

在溫度≤80℃時(shí)鈦一般不會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕，但在高溫中等濃度的氯化物溶液(如100℃的25%氯化鋁溶液、175℃的70%氯化鈣溶液、200℃的25%氯化鎂溶液和200℃的75%氯化鋅溶液)中較易發(fā)生點(diǎn)蝕。 

5 高溫工況 

高溫工況閥門主要是指煉油廠用的高溫閥門。   

5.1亞高溫

亞高溫是指閥門的工作溫度在325～425℃區(qū)域。如果介質(zhì)是水和蒸汽時(shí)，主要用WCB、WCC、A105、WC6和WC9。如果介質(zhì)是含硫油品時(shí)，主要用具有抗硫化物腐蝕的C5、CF8、CF3、CF8M和CF3M等。它們多用在煉油廠的常減壓裝置和延遲焦化裝置上，此時(shí)CF8、CF8M、CF3及CF3M材質(zhì)的閥門不是用于抗酸溶液腐蝕，而是用于含硫油品及油氣管路上。在此工況中，CF8、CF8M、CF3和CF3M的最高工作溫度上限為450℃。   

5.2高溫Ⅰ級(jí)

閥門的工作溫度為425～550℃時(shí)為高溫Ⅰ級(jí)(簡稱PI級(jí))。PI級(jí)閥門的主體材料為ASTM A351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅰ級(jí)中碳鉻鎳稀土鈦優(yōu)質(zhì)耐熱鋼”。因PI級(jí)是特定的稱呼，在這里包含了高溫不銹鋼(P)的概念。因此，如果工作介質(zhì)為水或蒸汽時(shí)，雖然也可用高溫鋼WC6(t≤540℃)或WC9(t≤570℃)，在含硫油品時(shí)雖然也可用高溫鋼C5(ZG1Cr5Mo)，但在這里不能稱它們?yōu)镻I級(jí)。 

5.3高溫Ⅱ級(jí)

閥門的工作溫度為550～650℃，定為高溫Ⅱ級(jí)(簡稱為PⅡ級(jí))。PⅡ級(jí)高溫閥門主要用于煉油廠的重油催化裂化裝置，它包含用在三旋噴嘴等部位的高溫襯里耐磨閘閥。PⅡ級(jí)閥門的主體材料為ASTM A351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8為基形的“高溫Ⅱ級(jí)中碳鉻鎳稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。 

5.4高溫Ⅲ級(jí)

閥門的工作溫度為650～730℃，定為高溫Ⅲ級(jí)(簡稱為PⅢ級(jí))。PⅢ級(jí)高溫閥門主要是用在煉油廠的大型重油催化裂化裝置上。PⅢ級(jí)高溫閥門主體材料為ASTM A351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形的“高溫Ⅲ級(jí)中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。 

5.5高溫Ⅳ級(jí)

閥門的工作溫度為730～816℃，定為高溫Ⅳ級(jí)(簡稱為PⅣ級(jí))。將PⅣ級(jí)閥門的工作溫度上限定為816℃是因?yàn)殚y門設(shè)計(jì)選用的標(biāo)準(zhǔn)ASME  B16.34壓力-溫度等級(jí)中提供的最高溫度為816℃(1500℉)。另外，工作溫度超過816℃以后，鋼就接近進(jìn)入了鍛造溫度區(qū)域，此時(shí)金屬處于塑性變形區(qū)間，金屬的可塑性好，難以承受高的工作壓力和沖擊力而保持不變形。PⅣ級(jí)閥門的主體材料為ASTM A351標(biāo)準(zhǔn)中的CF8M為基形“高溫Ⅳ級(jí)中碳鉻鎳鉬稀土鈦鉭強(qiáng)化型耐熱鋼”。CK-20及ASTM A182標(biāo)準(zhǔn)中F310(其中C含量≥0.050%)及F310H等耐熱不銹鋼。 

5.6 高溫Ⅴ級(jí)

閥門的工作溫度>816℃以上，稱為高溫Ⅴ級(jí)(簡稱為PⅤ級(jí))。PⅤ級(jí)高溫閥門(作切斷用閥門，而非調(diào)節(jié)型蝶閥類的閥門)必須采用特殊的設(shè)計(jì)手段，如襯隔熱襯里或通水或氣冷卻等，方能保證閥門的正常工作。所以，對(duì)PⅤ級(jí)高溫閥門的工作溫度上限不作規(guī)定，這是因?yàn)榭刂崎y門的工作溫度不是僅靠材料，而是用特殊的設(shè)計(jì)手段來解決的，而設(shè)計(jì)手段的基本原理是一樣的。PⅤ級(jí)高溫閥門可根據(jù)其工作介質(zhì)和工作壓力及采用的特殊設(shè)計(jì)方法等，選用合理的、能滿足該閥門的材料。在PⅤ級(jí)高溫閥門中，通常煙道插板閥或蝶閥的插板或蝶板常選用ASTM A297標(biāo)準(zhǔn)中的HK-30，HK-40高溫合金，它們能在1150℃以下抗氧化和還原性氣體中耐蝕，但不能承受沖擊和高壓載荷。