冷庫專用截止閥的材質(zhì)選擇,首先取決于所使用的制冷劑類型(氨系統(tǒng)或氟利昂系統(tǒng)),其次取決于工作溫度(常規(guī)冷庫或超低溫冷庫)。兩者不同,材質(zhì)選型差異很大。
一、氨用(NH?)冷庫截止閥
氨對銅、鋅等有色金屬有強烈腐蝕性,因此氨系統(tǒng)嚴禁使用銅及銅合金零部件。
閥體和閥蓋是截止閥的主體,常規(guī)氨用截止閥*常用的材質(zhì)是灰鑄鐵、可鍛鑄鐵或球墨鑄鐵,這類材質(zhì)強度足夠、成本低,能滿足大多數(shù)冷庫工況需要。當(dāng)通徑較小或?qū)δ臀g性要求較高時,會選用鑄鋼(WCB)或不銹鋼(304/316)。對于液氨專用閥,為防止殼體在長期運行中被氨腐蝕穿孔,越來越多地采用鑄鋼或不銹鋼材質(zhì)。此外,還有一種耐腐蝕鋼,即在碳鋼中添加耐蝕合金元素,用于耐蝕要求極高的場合。
閥瓣和閥桿一般采用優(yōu)*碳素鋼或不銹鋼(304/316),需要具備足夠的耐磨性和強度,以承受頻繁的開關(guān)操作。
密封圈(閥座和閥瓣密封面)常用巴氏合金(軸承合金)或聚四氟乙烯(PTFE)。PTFE對氨幾乎呈化學(xué)惰性,耐腐蝕、耐研磨,是目前的主流選擇。
填料和填料壓蓋全部采用聚四氟乙烯(PTFE),且常采用多級PTFE組合密封結(jié)構(gòu)。氨是有毒氣體,填料密封是防止泄漏的關(guān)鍵。多級PTFE能形成自密封結(jié)構(gòu),介質(zhì)壓力越高,密封性能反而越好。如果采用波紋管密封型,波紋管材質(zhì)一般為316L不銹鋼,高純度液氨場合可選用Inconel(鎳基合金),可實現(xiàn)零外漏。
氨用截止閥的公稱壓力一般為PN16~PN25(1.6~2.5 MPa),適用溫度可達?40℃,部分經(jīng)過深冷處理的閥門可適應(yīng)更低溫度。
二、氟利昂(R22 / R404A / R507 / R134a等)冷庫截止閥
氟利昂系統(tǒng)與氨系統(tǒng)*大的不同在于:可以使用銅和銅合金。
閥體和閥蓋*典型的材質(zhì)是鉛黃銅 HPb59-1,這是氟用截止閥的經(jīng)典材料。鉛黃銅具有優(yōu)良的切削性能、耐磨性能和較高的強度(抗拉強度不低于420 MPa),毛坯一般采用熱鍛成形。此外也可用青銅。當(dāng)口徑較大或壓力較高時,會選用碳鋼/鑄鋼或不銹鋼。
閥瓣和閥桿根據(jù)壓力等級和通徑選擇碳鋼或銅合金,部分場合也用不銹鋼。
密封圈普遍采用聚四氟乙烯(PTFE),化學(xué)惰性好、摩擦系數(shù)小,在氟系統(tǒng)中非常通用。
填料同樣采用PTFE,但氟用截止閥在填料密封之外,還常配有閥帽加緊固密封件的結(jié)構(gòu)。因為氟利昂制冷劑泄漏不僅影響制冷效果,還可能造成環(huán)境問題,所以閥帽結(jié)構(gòu)可在調(diào)節(jié)時擰下閥帽、松動緊固件,調(diào)節(jié)完畢后再擰緊,形成雙重防漏。
氟用截止閥符合JB/T 10648-2006《空調(diào)與冷凍設(shè)備用制冷劑截止閥》等標準,公稱壓力一般為PN16~PN40。
三、超低溫(深冷)冷庫截止閥(?40℃以下,乃*?196℃)
當(dāng)冷庫為速凍庫、超低溫庫,或介質(zhì)涉及液氮、液氧、LNG等時,普通材質(zhì)在低溫下會發(fā)生冷脆斷裂,必須選用專用低溫材料。
閥體、閥蓋和閥瓣*常用的是奧氏體不銹鋼304/316(CF8/CF8M)。如果溫度更低,可選用鎳鋼(含鎳3.5%可適應(yīng)?100℃,含鎳9%可適應(yīng)?196℃)或LC1低溫碳鋼(ASTM A352,可適應(yīng)?59℃)。極端低溫場合可選鈦合金、蒙乃爾合金、哈氏合金、Inconel等。核心要求是低溫沖擊韌性,普通碳鋼和鉻合金鋼在低于?20℃時沖擊強度會急劇下降,必須使用含鎳合金或奧氏體不銹鋼。
閥桿采用不銹鋼304/316,且常采用加長桿(長軸)設(shè)計。加長桿使填料函處的溫度不*于過低,防止填料因低溫喪失彈性而泄漏。低溫下閥桿與填料摩擦容易結(jié)冰,長桿結(jié)構(gòu)可以有效保護。
密封面和密封圈采用聚四氟乙烯(PTFE)。PTFE在?196℃到+200℃范圍內(nèi)均能保持良好的彈性和密封性能,是低溫閥*常用的密封材料。
波紋管(如有)采用316L不銹鋼,極端低溫選用Inconel,深冷下需承受反復(fù)熱循環(huán),要求抗疲勞性能好。
深冷截止閥的設(shè)計溫度范圍通常為?196℃~+80℃,公稱壓力1.6~42 MPa,適用介質(zhì)包括液氧、液氮、LNG、液氬、乙烯等。
特別需要注意的是:低溫截止閥的所有零部件在制造完成后,通常需進行液氮深冷處理,以消除殘余應(yīng)力,避免使用過程中因密封變形導(dǎo)致泄漏。閥門首*預(yù)冷后,還應(yīng)在冷態(tài)下重新緊固螺栓和填料壓帽,以補償材料冷縮引起的微量泄漏。
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