張鑫鄒清鵬 王紅利

（寶色特種設備有限公司)

大通徑止回閥的選材和結(jié)構(gòu)設計

張鑫*鄒清鵬 王紅利

（寶色特種設備有限公司)

止回閥是一種自動阻止介質(zhì)逆流的閥門，其結(jié)構(gòu)簡單，能自動啟閉，因而廣泛應用于各個領(lǐng)域。對大通徑旋啟式止回閥的選材和結(jié)構(gòu)設計進行了研究。

止回閥 縫隙腐蝕 閥座 閥瓣 TA9合金 結(jié)構(gòu)設計

止回閥是一種閥瓣借助于介質(zhì)作用力、自動阻止介質(zhì)逆流的閥門。因其密封面上只有介質(zhì)壓力的作用而無強制密封力的作用，所以密封性能比其他型式的閥門要稍差一些。止回閥因其具有結(jié)構(gòu)簡單、可自動啟閉等優(yōu)點而廣泛應用于各個領(lǐng)域。本文重點分析了DN350大通徑旋啟式止回閥的選材和結(jié)構(gòu)設計方面的問題。

1 結(jié)構(gòu)特點

筆者設計的H44H－150LB-350型DN350旋啟式止回閥，因其通徑大、抗縫隙腐蝕要求高，所以在選材及結(jié)構(gòu)設計上需要格外加以注意。經(jīng)綜合考慮，決定采用法蘭連接、搖桿穿出體外的結(jié)構(gòu)型式，這樣可降低大通徑閥門的制造難度。密封面是本次設計的重點。閥座采用整體式閥座，直接在閥體基材TA2上堆焊一定厚度的TA9合金，加工后作為密封面。閥瓣基材也選用TA2材料，密封面上堆焊一定厚度的TA9合金，加工后與閥座相配合。這種閥門型式結(jié)構(gòu)簡單，加工難度低，不僅滿足閥門的強度和抗縫隙腐蝕要求，還大大降低了成本。

該閥的使用工況是：工作壓力p=2.0 MPa，工作溫度200℃，最高工作溫度425℃，使用介質(zhì)為水、蒸汽、油品、海水等的混合物。

2 閥的主體材料選用

（1）閥體材料

由于閥門的使用介質(zhì)是水、蒸汽、油品和海水混合物，所以該閥在保證正常性能外還應具有一定的抗腐蝕性能。考慮到閥門的尺寸較大，所以閥體材料選用強度高和抗腐蝕性能較優(yōu)越的TA2材料。

（2）密封面及配合面材料的選用

當金屬表面存在異物或結(jié)構(gòu)上的原因而形成縫隙時，縫隙內(nèi)溶液中與腐蝕有關(guān)的物質(zhì)遷移困難，造成縫隙周圍金屬腐蝕，稱之為縫隙腐蝕。鈦的縫隙腐蝕與溫度、氯化物濃度、pH值以及縫隙的尺寸有著密切的關(guān)系。在海水中，當溫度在149°C以下時，鈦不會發(fā)生腐蝕。當溫度超過121°C時，鈦在極狹窄的縫隙內(nèi)可能發(fā)生腐蝕，但當溫度超過149°C時，鈦在較寬的間隙中也會發(fā)生腐蝕。溫度和氯化物濃度越高，鈦的縫隙腐蝕傾向就越大。鈦的縫隙腐蝕敏感性還與間隙的大小有關(guān)，狹窄的間隙發(fā)生縫隙腐蝕的可能性要比寬間隙來得大?？p隙一般在0.025～0.1 mm之間，就有可能發(fā)生縫隙腐蝕。為防止縫隙腐蝕的產(chǎn)生，在結(jié)構(gòu)設計中應盡量避免形成縫隙，避免造成容易產(chǎn)生表面沉積的幾何條件，并選擇合適的材料。

TA9合金，化學名稱為Ti-0.2Pb,是在純鈦中加入約0.2%Pb（鈀）制成的鈦-鈀合金，它的機械性能與工業(yè)純鈦相近，但它的耐腐蝕性能比工業(yè)純鈦要優(yōu)越得多，用于抗縫隙腐蝕的部位效果尤佳。

因為閥門的使用介質(zhì)中有海水，且工作溫度為200℃，最高工作溫度達425℃，極易產(chǎn)生縫隙腐蝕，所以在閥體上所有有配合的地方均應采取措施，即在基材TA2上堆焊一定厚度的TA9合金并進行加工，對于一些小的零件也可直接用TA9合金加工。這樣就可大大提高閥門的抗縫隙腐蝕性能，大大延長閥門的使用壽命。

3 結(jié)構(gòu)設計

（1）閥體最小壁厚

按用戶所提技術(shù)要求，本次設計應符合API 600標準，故可直接采用查表法進行設計。已知DN=350 mm和PN=2.0 MPa，按照API 600標準，查相應的表得最小壁厚為16.6 mm。

考慮到結(jié)構(gòu)應力和腐蝕裕度，需要增加壁厚3.0 mm，故最小壁厚為16.6+3.0=19.6 mm。

圓整后，閥體最小壁厚取值為20 mm。

（2）密封副結(jié)構(gòu)

止回閥設有閥座和閥瓣密封副。常規(guī)的止回閥密封面是在閥體和閥瓣上直接加工而成的。綜合考慮后，密封副采用在閥體和閥瓣基體材料TA2上堆焊一定厚度的TA9合金，再進行機加工使之達到較低的表面粗糙度，從而保證良好的密封性能。

①閥座結(jié)構(gòu)。采用焊接閥座，在基體材料TA2上堆焊一定厚度的TA9合金作為密封面?？紤]到密封面寬度和密封性能成反比，而且密封面越寬，加工難度越大，所以密封面不宜太寬。TA9合金層加工后要求保證其厚度達到4 mm，密封面的粗糙度要求為Ra3.2 μm。閥座密封面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 閥座密封面結(jié)構(gòu)

②閥瓣結(jié)構(gòu)。閥瓣也采用在基體材料TA2上堆焊一定厚度的TA9合金。TA9合金層加工后要求保證其厚度達到4 mm，密封面的粗糙度要求達到Ra3.2 μm。

搖桿、鎖緊螺母、銷軸等與其他部件的連接與配合處也容易產(chǎn)生縫隙腐蝕，所以均采用在基材TA2上堆焊適當厚度的TA9合金再進行加工，小零件可直接用TA9合金加工制成。

與搖桿、鎖緊螺母等相接觸的部分容易產(chǎn)生縫隙腐蝕，也采取將TA9合金堆焊在基體TA2上，再進行加工。閥瓣結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 閥瓣結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

本文對H44H-150LB-350型大通徑旋啟式止回閥的設計，在選材和抗縫隙腐蝕的結(jié)構(gòu)設計方面積累了一些經(jīng)驗。本次設計不僅滿足了用戶要求，而且填補了我公司大通徑閥門設計和生產(chǎn)的空白。實踐證明，H44H-150LB-350型大通徑旋啟式止回閥產(chǎn)品的各項性能指標完全符合設計和用戶的要求，使用情況良好。

Material Selection and Structure Design of the Large Diameter Check Valve

Zhang Xin Zhou Qingpeng Wang Hongli

Check valve is a kind of valve that can automatically prevent counter current of medium.Because of simple structure and automatic opening and closing,it is widely used in various fields.In this paper it mainly studies the material selection and structure design of large diameter swing check valves.

Check valve;Crevice corrosion;Valve seat;Valve clack;TA9 Alloy;Structure design

TQ 055.8

2015-01-09）

*張鑫，女，1980年生，工程師。金雞市，721014。