阀门类锻件生产研究与实践（上）

文/纪长全，王赫·大连大锻锻造有限公司

阀门类锻件锻造生产工艺看似简单其实复杂多变，阀门产品的应用遍布各行各业，有很多新材料、新工艺需要时间去反复实践与研究，也有一些新的知识点需要学习探讨，本文仅对作者所经历过的包括核电、军工、LNG、加氢、石油化工领域阀门类锻件生产工艺实践进行概括总结，包括对阀门背景知识的介绍、加工企业资质要求、阀门材料、典型工艺、设备选择以及新技术运用等方面。

阀门背景知识

定义

阀门是流体系统中的控制部件，可以改变其原来管道中介质的流动方向、介质的压力、介质的流量，可以实现两个方向阻断或者单方向阻断介质流动。

阀门种类有很多，使用在仪表控制方面的阀门其公称尺寸小到只有几微米；而工业控制管路中使用的阀门公称尺寸最大的达到10 米以上。阀门在特定使用条件下的工作压力可以从微小的0.0013MPa 到超高压的1000MPa，工作温度范围则从超低温-270℃到超高温的1430℃。

阀门的控制方式也是多种多样，简单分类就是手动、自动、半自动。实现自动和半自动的方式有电机驱动减速机、液压、气动等，可以通过布置在管道中的传感器自动收集压力、流体温度或其他传感信号，通过控制系统运算后，执行元件自动或者半自动使阀门闸板作升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流通管道面积的大小以实现其控制功能。

分类

⑴按照用途来划分，可将阀门分为：1）关断类，常设于冷、热源或者机械设备的进口或者出口处，包括闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、针型阀、隔膜阀等，其作用是阻断管路中流体介质的流通。2）调节类，可以按照预先指令调节管道流量，包括自动或者手动调节。3）保护类，主要用来限定管路中的额定压力，也叫安全阀，如ADS 系统自动降压阀(图1），都是自动打开方式。4）特殊类，是指按照管路的独特设计要求而进行制造的阀门，如，安装在最低处的排污阀，安装在最高点或者传输管路拐点处的排气阀等。

⑵按照主要参数划分，根据压力使用范围不同，可将阀门分为真空阀、低压阀、中压阀、高压阀、超高压阀、过滤器。根据工作温度不同，可将阀门划分为超低温阀、常温阀、中温阀、高温阀(图2）。

⑶按照驱动方式划分，可将阀门分为自动阀类、动力驱动阀类(图3）和手动阀类。

⑷按照公称尺寸划分，根据阀门通径尺寸规格的大小，可将阀门分为小通径阀门、中通径阀门、大通径阀门(图4）、特大通径阀门。

⑸按照结构特征划分，根据关闭件在阀座中移动的轨迹，阀门有截门形、旋塞形、闸门形、旋启形(图5）、蝶形、滑阀形、轨道式、球形等。

⑹按照连接方法划分，根据阀门在管道中的连接方法，可将阀门分为螺纹连接阀、法兰连接阀、焊接连接阀、卡箍连接阀、卡套连接阀、对夹连接阀。

⑺按照材料划分，可将阀门分为金属材料阀门、非金属材料阀门。

阀门主要部件(如阀体、阀盖、闸板、填料箱、填料压盖、阀杆等）采用锻造工艺的比例越来越大，尤其是特殊工况下使用的阀门对质量要求越来越严格，材料也越来越复杂，因此给锻造行业带来了市场机遇，同时也是技术上的挑战。

锻钢阀门市场需求分析

目前，国内能源、化工、制药等领域环境保护的加强与升级需要，加快了某些特殊需求阀门的生产，现在绝大部分阀门产品都可以在国内制造。

图1 ADS 系统自动降压阀

图2 高温高压自压密封截止阀

图3 核二级电动三通截止阀

图4 核一级大口径角式波纹管截止止回阀

图5 自压密封旋启式止回阀

⑴核电阀门，由当初的100%引进，到目前超过80%以上的国产化，包括主蒸汽隔离阀、安全阀、特殊工况下快关阀的研制成功。特别是从2014 年开始，我国核电站拥有了完全自主知识产权的华龙一号，阀门的国产化率就更高了，包括最核心技术的CAP1400的核一级爆破阀阀门，其科研难度就更大了，我们公司全程参与了研究，并自行制造了其核心锻件，形成了一整套规范的标准，包括《不锈钢阀门锻造技术条件》、《CAP1400 核级泵阀锻件原材料技术条件》、《CAP1400 锻造技术条件》、《CAP1400 锻造加热技术规范》、《CAP1400 核级泵阀锻件热处理技术规范》《CAP1400 核级泵阀锻件检验技术要求》等10 余项国家和行业标准。

⑵加氢装置阀门，主要用于液态氢储存设备上，阀门使用在-196℃低温工况条件下，耐腐蚀、抗蠕变，安全、无泄漏、可靠性、稳定性是第一要求。

⑶LNG 阀门，最近国内正逐渐淘汰煤气，更换天然气，为了运输、存储更方便，通常都是将气体转变为液态，阀门使用条件也是低温。

⑷火电机组的超超临界阀门，在高温状态下使用，工况也比较恶劣。

国内发展现状

近年来，从事阀门研究的科研院所、大学、专业机构、制造工厂对阀门进行了详细、周密的研究与试验验证。我国中低端阀门已经在世界上具有绝对的话语权，在国家对技术攻关政策的引领下，积极进行高端阀门研制、攻关，取得了很大进步，多数产品已经可以和国际企业同类产品相媲美，涌现出了多个行业龙头企业。目前，在LNG、加氢、火力发电、核基础工业、航空、航天领域使用的高端阀门，基本上都有国产产品，在实际运用上，其稳定性、可靠性表现还是不错的，得到了行业企业的认可，例如整体锻造核级楔式闸阀(图6）、核级旋启式止回阀(图7）。阀门行业进入了一个创新时代与创新发展的关键期，随之而来的一些新的国家标准、行业标准、团体标准也需要更新换代，这需要相关单位积极参与进来。如，以我公司为主要参与单位起草的《工业阀门用不锈钢锻件技术条件》(标准号：GB/T 35741-2017），已经予以颁布。

技术水平

中国机电产品在国际上处于举足轻重的地位，随着产品在世界范围内的普及，竞争也空前激烈，阀门产品也不例外，必须与国际上历史悠久的大牌企业正面交锋，在高端产品上，我们仍然缺少经验积累与理论支撑，稳定性方面还需要经历考验，需要全行业共同努力。

经过几十年的努力，现在国内生产的阀门产品已经基本上可以满足工业发展需要，其成套配套率以及技术指标都得到了显著提高。近些年，虽然我国阀门行业涌现出了年产值几十亿元的大型企业，但是仍然是以中小企业为主，其管理能力与管理水平、技术研发、试验仍然需要突破。与之配套的阀门类锻件生产企业同样需要在企业管理、质量控制、降低生产成本、按时交付等方面下足功夫。

未来若干年及相当长一段时间，中国石油化工、天然气、冶金、电力、城市建设等各行业对阀门的需求量都将持续上升，因此，从事阀门的生产将会有不错的前景。

图6 整体锻造核级楔式闸阀

图7 核级旋启式止回阀

阀门质量重要性

一个小阀门出现故障，有时候影响也很大，不但造成经济损失也会污染环境。2014 年7 月，一辆槽罐车上的一个小阀门故障导致泄漏，油罐车流出百米“汽油河”。小小的阀门都能造成这样的损失，大型阀门一旦出现故障，造成的损失更是不可想象，所以阀门不管大小，都非常注重质量。

中国核电发展迅猛，已经进入到三代技术阶段，阀门的重要性愈加明显。几乎每一个系统都有阀门的存在，一座100 万千瓦机组，大约需要1.5 万个阀门，虽然投资额仅占核电站的2%左右，但是每年维修费用却占到核电站的50%左右。

阀门一旦出现故障，其后果不堪设想，关键回路的阀门尽可能采用锻钢结构。锻件质量至关重要，必须满足采购技术条件及相关标准要求，作为生产配套企业必须提前在质量保证、资源配置、生产管理等方面做足功课。

阀门类锻件生产企业的资质要求

根据阀门的不同用途，阀门业主单位对供应商的资质都有严格的要求。比如，核电是近几年快速发展的行业，国产化也是近几年的事情，其利润回报率也是相对高的，如果要为其配套生产锻件毛坯，必须具有由国家核安全局审核批准的生产资质和服务内容，每年都要接受来自于国家主管部门、工程公司、业主方面等审核机关多次定期和不定期的质保监察；生产企业关重岗位相关人员资质(如无损检测、焊接、检验人员）也要满足要求，都需要取得作业资格证；同时不可以超出证书覆盖的设计、制造与供货范围，有民用核电生产资质的企业，也必须再去取得军工核电生产资质，才可以开工生产军工核电产品。没有ASME NPT 的资质证书就不可以为AP1000 等项目供货等。

国外大型阀门采购企业也要求供应商获得相应的供应商资格证书，比如CE 认证、EMERSON、BP 二方证书等。军工产品同样要求供应商具有军工管理体系资质证书、保密证书及第二方审核认证。

总之，在技术上可行，并不能证明就可以做阀门、三通系列产品，必须了解是否需要获得第二方或者第三方的认证许可。