上海申弘閥門有限公司
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之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹耐化工腐蝕鋯合金閥門設計鋯及鋯合金以其優異的耐蝕性廣泛應用于合成醋酸工藝裝置等系統，并成為其中溫度高、腐蝕強部分裝置與管路系統的金屬材料。鋯閥(其中以旋塞閥為主，球閥、截止閥、止回閥也有應用)作為輸送管線上控制介質流動的啟閉單元也得到了廣泛的應用。然而，在目前運行的裝置中，均依賴進口閥門，昂貴的代價及漫長的交貨期已使鋯材閥門國產化工作迫在眉睫。閥門產品標準、材料標準、閥門零件的設計計算準則等選用和規范是該類產品國產化工作的重要基礎部分。
1、耐化工腐蝕鋯合金閥門設計概述
鋯及鋯合金以其優異的耐蝕性廣泛應用于合成醋酸工藝裝置等系統，并成為其中溫度高、腐蝕強部分裝置與管路系統的金屬材料。鋯閥(其中以旋塞閥為主，球閥、截止閥、止回閥也有應用)作為輸送管線上控制介質流動的啟閉單元也得到了廣泛的應用。然而，在目前運行的裝置中，均依賴進口閥門，昂貴的代價及漫長的交貨期已使鋯材閥門國產化工作迫在眉睫。閥門產品標準、材料標準、閥門零件的設計計算準則等選用和規范是該類產品國產化工作的重要基礎部分。
2、耐化工腐蝕鋯合金閥門設計產品標準
經對現有裝置上的閥門了解和資料查閱，使用了如下標準：鋯及鋯合金具有*的耐腐蝕性能,作為包殼及存儲材料,應用于石油或化工行業,同時在核工業領域也有著較為廣泛的應用。本實驗討論溫度發生變化時通過腐蝕極化曲線反應Zr-3合金的耐蝕性能。得到600℃時Zr-3合金的腐蝕電位-390mV,腐蝕電流密度-4.0mA/cm~2,具有較為*的耐腐蝕性。
旋塞閥：
API599法蘭端、螺紋端和焊接端金屬旋塞閥球閥：
API608法蘭端、螺紋端、焊接端金屬球閥BS5351石油、石化及相關工業用鋼制球閥
止回閥：
API594法蘭式、凸耳式、對夾式和對焊止回閥
API602石油和天然氣工業用公稱尺寸小于和等于DN100的鋼制閘閥、截止閥和止回閥
BS1868石油、石化及相關工業用法蘭端和對焊端鋼制止回閥
截止閥：
API602石油和天然氣工業用公稱尺寸小于和等于DN100的鋼制閘閥、截止閥和止回閥
通用閥門：
ASMEB16.34法蘭、螺紋和焊連接的閥門
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥上述標準均對各自的適用范圍、溫度壓力額定值、設計及性能、材料要求、檢查和試驗、標識、裝運進行了規范，但在各標準所規范的溫度壓力等級和承壓件材料中，API標準規范使用ASMEB16.34中規定的材料，BS標準規范使用BS1560、BS4504中規定的材料。然而，兩類標準中的材料均未包括鋯及鋯合金，也就是說，對于鋯材閥門，用于確定性能和設計選型的重要指標——溫度、壓力額定值在現行的國內外標準中沒有，其值應根據使用的材料標準的材料屬性來自行確定，而產品標準中其它涉及材料的章節也應作相應的調整，如API599中2.2.1-d規定“閥體材料為ASMEB16.34中組別1、2、3的非油封旋塞閥門，其zui小壁厚應符合ASMEB16.34的規定”，因此，鋯旋塞閥zui小壁厚應根據所選鋯材標準的材料屬性進行修正。
同時，上述標準中諸如密封系統要求、防噴出閥桿、操作執行器要求、檢查和試驗要求、銘牌標識等應是遵循并達到的。
對于鋯及鋯合金閥門仍然應使用公稱壓力(PN)級或ASME額定級來表示所需壓力級的技術規范，即：PN20(150Lb)、PN50(300Lb)、PN110(600)。
另外，就是結構長度標準與連接法蘭標準，根據目前了解到的情況，結構長度選用的是AS-MEB16.10，連接法蘭標準選用的是ASMEB16.5，但法蘭的強度也應根據所選材料依據其屬性進行校核修正。
3、材料標準
鋯及鋯合金閥門主要使用了鑄件、鍛件、棒材三類標準：
ASTMB752 鋯及鋯合金鑄件
ASTMB493 鋯及鋯合金鍛件
ASTMB550 鋯及鋯合金棒和絲材技術規范
較大口徑的閥體和閥芯采用鑄件，使用ASTMB752標準;較小口徑(如1"及以下)的閥體和閥芯采用鍛件或棒材，使用ASTMB493和ASTMB550標準。
在ASTMB752中，規范了鋯及鋯合金鑄件的級別(分702C、704C、705C三個級別)、熔煉工藝要求、化學成份、熱處理及焊補、表面質量要求、標記，而在該標準的補充要求中，提出了射線探傷、液體滲透探傷、拉伸試驗、硬度試驗、沖擊試驗及高溫等靜壓。顯然，上述要求對于制造閥門產品來講其零件的驗收應包括標準中的補充部分，只是其中的高溫等靜壓這一項因其應用于提高鑄造性能或消減內部缺陷，我們認為該要求可應用于閥體這樣的承壓殼體，再進一步講，由于ASTMB752是一個通用鑄件標準，而非于閥門行業的一個鑄件技術條件，在閥體需要進行1.5倍公稱壓力的強度試驗的條件下，我們應考慮是否應適時地進行這些鑄件(包括閥體)的熱等靜壓處理。
在ASTMB493中，規范了鋯及鋯合金鍛件的級別(分R60702、R60704、R60705三個級別)、材料和制造、化學成分、工藝和質量等級要求、應力要求、試驗及方法、檢驗要求、標記要求。和B752明顯不同的是，其一，前述的各項要求均在正文中出現;其二，探傷部分沒有出現，只是在補充要求中“規定內部質量”一條中要求能夠達到商定的內部質量要求;其三，本標準中要求每批產品的拉伸試驗和氫、氮含量的化學試驗應作做兩次。
從上述三個標準提供的內容看來，作為閥門零件材料的基本驗收條件得到了滿足，但各標準中對溫度與許用應力的關系及其數值均未給出，因此，需要依據其它的標準規范來確定設計參數與材料制造使用準則。
4、閥門零件的設計計算準則等選用和規范
可確定鋯材閥門設計計算準則及材料制造使用的標準規范推薦如下：
ASME規范Ⅷ卷Ⅰ壓力容器建造規則
ASME規范Ⅷ卷II壓力容器建造另一規則
ASME規范Ⅱ材料D篇性能
使用上述標準，我們首先能夠確定所使用材料使用溫度上限，即小于ASME規范Ⅱ材料D篇的表1B與表2B中的較小值，并以此確定不同材料(702C/R60702、705C/R60705)閥門的設計許用溫度上限，當然，在不同的設計原則下該限值會有所不同(比如增加壁厚會使強度趨于安全從而獲得較高的限值);其次，我們可以獲得閥門承壓殼體材料的許用應力-ASME規范Ⅱ材料D篇的表1B常溫值取安全系數、閥門其它部件材料的許用應力-ASME規范Ⅱ材料D篇的表1B常溫許用值。同時，再結合射線照相檢驗、液體滲透檢驗及鑄造質量系數(對鑄件而言)構成了鋯及鋯合金閥門的材料許用應力體系。
需要說明的是采用前述標準僅是對*規范的推薦使用，在實際應用時，其選擇應經過協商。
明確了材料使用溫度上限、設計許用溫度上限、材料常溫許用應力之后，我們可依據ASME規范Ⅱ材料D篇的表1B中不同溫度下的許用應力數據來明確閥門的溫壓值(或者說閥門的溫度壓力曲線)。
下面是依據上述原則確定的用于設計計算的(殼體)材料的強度極限參考值：
鋯材閥門設計制造的幾項基礎工作
如果將上述兩類材料進行對比，各溫度下鋯705的強度要遠高于鋯702。通過對比及計算，選用鋯705材料可以獲得高于不銹鋼材質的剛性及強度，在耐腐蝕要求滿足的前題下，推薦選用該材料。
5、結語
按上述原則進行設計制造的鋯材閥門，通過了有限元強度分析驗證、殼體強度壓力試驗、殼體彎矩試驗、整體閥門抗壓、彎矩試驗等理論與實際試驗的驗證并與進口閥門進行了對比。閥門已投入實際工況使用，目前運行良好。我們相信，隨著各項理論研究與驗證工作的進一步深入，鋯材閥門國產化工作將進一步成熟。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥
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