有关高温阀门设计的主要技术分析

焦子婕

武汉锅炉集团阀门有限责任公司 湖北武汉 430000

阀门是流体的控制系统里不能缺少的组件，在全部介质控制中有着相当关键的作用。随着现代科技飞速发展，我国在不同的行业都获得了很大的进步和突破，对各个行业的要求也不断提高。同样对高温阀门的需求也变得越来越多，而且对高温阀门设计上的要求也变得越来越高。

1 影响高温阀门设计的因素

1.1 热膨胀的问题

材料的热膨胀系数以及零件承受热载的差别等条件是直接导致热涨量差别的主要因素。而高温阀门内所流通的高温介质，也经常会有气液两相的情况。因此，在进行高温阀门设计过程中，应当将这些因素的影响都充分考虑。例如用于高温蒸汽的闸阀，整体水压试验结束后，系统开始升温，若此时阀门处于关闭状态，阀门中腔有水压试验时的水残留，随着温度升高，水逐渐汽化，而由于阀体、阀座的散热条件与阀芯不同，其膨胀量也有差别，虽然是同时加热，但是最后的膨胀量等性能却有所不同，使阀门由原来的单项密封变为双向密封，因中腔介质体积膨胀，压力升高，导致中腔憋压。为了使发生这种情况时中腔可以泄压，可以通过将中腔高温气体导入阀门支管出口侧，防止执行器强行将阀门打开时拉断阀杆。并且在对阀门零件之间的间隙进行确定时，需要将其范围增大，以此确保在高温条件下，防止零件之间产生卡死或者擦伤的情况出现，以此将零件由于温度导致的损伤降低。

1.2 擦伤问题

高温阀门的工况往往很恶劣，使得一些外界环境很容易对阀门损伤，另外，若材料的相互作用不恰当，擦伤问题也容易出现。比如，在管路系统中，时常会发生阀瓣与阀座密封面之间的擦伤，有可能是因为混入了较大颗粒的杂质，也有可能是密封面的硬度差不足所造成的。为了避免阀门部件在运行中所产生的擦伤情况出现，需要对密封面材料合理选取，同时对其硬度和强度的匹配性加强重视，需要确保其在合理的范围内，以此将擦伤情况减少。

1.3 热变形

因阀门各部位散热情况不同，就导致各部变形量也有所不同，甚至同一个零件的不同位置变形量也有所不同。比如阀座和阀座孔的接触部位，由于阀座孔在阀体上，而阀体外部散热效果更好，则存在两个不同的零件热变形不同，从而出现原有的配合间隙变大的情况，甚至失去原有的密封功能。所以在实际的设计当中，需要对阀座和阀座孔接触支撑部位做好有效焊接处理，确保密封性良好。同时，在设计中，还还需要对热变形当中的密封效果加强重视，这样才能够在源头上将热变形对于阀门所产生的影响降低，防止零件出现消耗，以此对高温阀门的实际使用寿命可以增加。

2 高温阀门设计的关键技术

2.1 增强表面硬度和耐磨性

高温阀门内部零件因为长期温度过高，可能会出现材料表面退火或是软化的情况，这种情况很容易造成阀门零件擦伤。为了减少这种损伤，可以通过提高阀门零件在高温环境下的硬度以及冲击强度，必要的时候还要适当增强其应对冲刷以及腐蚀的能力。比如，在零件表面可以通过陶瓷的应用，或者堆焊合金的方式，将零件表面的硬度以及耐磨性进行增加，确保零件可以在高温条件下起到相应的作用，对其使用寿命可以很好的延长。

2.2 密封的设计

高温阀门的密封和通用阀门一样具有静密封和动密封。静密封包括阀瓣密封面与阀座密封面的硬密封，也包括阀门中法兰的密封。通常密封面的硬密封会堆焊不同硬度的合金材料，保证密封面的强度和耐磨性，硬度差一般会按照密封面窄的硬度低的原则，因为当密封面发生轻微损伤时可以通过外力使窄的密封面发生变形，从而重新达到密封效果。对于密封面宽度，设计时在考虑满足密封比压的同时还要考虑装配后阀瓣与阀座密封面的相对位置，以闸阀为例，为保证密封面的有效接触面积，在设计档宽时要保证阀门关闭后阀瓣密封面与阀座密封面下端平齐。这样当密封面发生磨损后，对密封面重新进行研磨，修复的阀瓣相对位置下移后仍然能保证有效密封面积。10MPa以下的阀门中法兰采用垫片密封，10MPa以上的阀门采用自密封的形式进行密封，最常用的自密封采用伍德式密封结构。为了提高密封的可靠性，在阀体与密封件接触的地方还可以采用堆焊硬质合金的方式来提高局部硬度，当填料室在压力作用下向上挤压自密封填料时，填料发生塑性变形以达到密封的作用。动密封则是指阀杆与填料之间的密封，一般这里的密封件采用柔性石墨夹不锈钢丝的增强型填料，以增加填料的强度，防止在阀杆运动时填料发生损坏。对于既高温又高压的阀门

3 高温螺栓连接

高温情况下运行的阀门，螺栓也同样要承受高温考验。基于此，在设计螺栓连接工作时，需要充分考虑螺栓随着温度升高在性能上发生的变化、螺栓的蠕变等情况。在这样的情况下，可具体从以下方面来开展设计工作。首先，螺栓螺母选材要适应工作温度的需要，并且需要有硬度差，在拆装的时候才不会出现螺纹咬死的现象。其次结合螺栓所处环境的特殊性，在设计时优先选用粗牙螺纹。最后，为了避免螺栓在运行中产生力量放缓情况，在设计中需要保证剩余预紧力比实际需求大，以此确保螺栓连接的安全以及稳定和可靠。

4 结语

目前，对于高温阀门的使用范围在不断扩大，人们对于高温阀门技术的要求也在相应的提升，虽然当前我国高温阀门技术获得了很好的发展成就，但是其中所存在的问题还是很多。所以就需要加强对高温阀门设计技术的有效研究和分析，对高温阀门技术有效研究，以及对材料做好合理选取，对内件有效处理等实施研究，将高温阀门技术所需要重视的问题有效探究，加强先进技术的有效发展，以此对高温阀门的使用寿命能够大大的提高。