1. 材料要求
1.1 致密性、純潔性與均質性
在現代煤化工領域，閥門產品所面臨的工況極為復雜和苛刻。由于煤直接液化反應中油煤漿的存在，對閥門、管道等設備材料的磨損問題必須加以重視。因此，制造閥門的材料需要具備優越的致密性、純潔性和均質性，尤其是對于厚或大斷面的鋼材，這些性能尤為重要。致密性高的材料能夠減少內部缺陷，提高材料的強度和耐腐蝕性；純潔性好的材料則能降低雜質含量，避免因雜質引發的腐蝕和磨損；均質性良好的材料確保了性能的一致性，使得閥門在不同部位都能均勻地承受壓力和磨損。例如，一些高性能的合金材料，其致密性、純潔性和均質性通過嚴格的冶煉和加工工藝得到保證，從而滿足現代煤化工對閥門材料的高標準要求。
1.2 化學成分與力學性能
閥門材料的化學成分直接影響其力學性能和耐腐蝕性。在煤化工環境中，閥門需要具備滿足設計規范要求的化學成分，以確保在室溫和高溫條件下都能保持良好的力學性能。通常，會選用奧氏體不銹鋼等材料來抵抗高溫硫化氫的腐蝕，但這也帶來了不銹鋼的氫脆、硫化物應力腐蝕開裂等問題。因此，材料的選擇需要在抗腐蝕性和力學性能之間找到平衡。例如，某些特殊合金鋼通過調整化學成分，能夠在保持高強度和韌性的同時，提高對特定腐蝕介質的抵抗力。此外，材料的室溫和高溫力學性能也必須符合設計要求，以確保閥門在不同溫度下的可靠性和安全性。在實際應用中，通過精確控制材料的化學成分，可以優化其微觀結構，從而提高材料的屈服強度、抗拉強度和硬度等力學性能指標。
1.3 抗環境脆化性能
現代煤化工中的閥門經常處于高溫高壓氫氣環境中，氫損傷是一個不容忽視的問題。在操作狀態下，閥門內壁會吸收一定量的氫，如果在停工過程中冷卻速度過快，吸附的氫來不及擴散出來，就會造成過飽和氫殘留在器壁內。這可能在溫度低于150℃時引起亞臨界裂紋擴展，給閥門的安全使用帶來嚴重威脅。因此，閥門材料需要具備良好的抗環境脆化性能，能夠在苛刻環境下長期使用而不發生脆化。在制造過程中，需要注意控制材料中的δ鐵素體含量，例如TP347材料中δ鐵素體含量的控制，以避免在焊后最終熱處理過程中發生過多的相變，從而產生脆性。通過精確的工藝控制和材料選擇，可以有效提高閥門材料的抗環境脆化性能，確保閥門在煤化工環境中的可靠性和安全性。
2. 工藝要求
2.1 原材料質量控制
現代煤化工閥門的原材料質量控制至關重要。由于煤直接液化過程的特殊性，閥門材質的成分尤其是有害元素含量必須嚴格控制。例如，硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）及總碳當量等指標需符合明確的指標要求，這些要求通常高于材料的基本普通要求。據統計，原材料中硫含量每增加0.01%，閥門的腐蝕速率可能增加10%至20%。因此，鑄造廠需嚴格篩選原料來源，確保所加工的原料不僅經過熔煉，還需進一步精煉，以保證鑄件質量。此外，原材料的純潔性也極為關鍵，微小的雜質顆粒可能會在高壓環境下成為裂紋的源頭，影響閥門的密封性和可靠性。
2.2 精煉與爐前控制
精煉過程是保證閥門材料質量的關鍵環節。在爐前，需對原材料進行嚴格的精煉，以去除雜質和有害元素。例如，通過真空精煉技術，可以有效降低材料中的氫含量，減少氫脆的風險。數據表明，經過真空精煉處理的材料，其氫含量可降低至0.001%以下，顯著提高了材料的韌性和抗腐蝕性。同時，爐前控制也極為重要，需要精確控制熔煉溫度、時間和氣氛等參數，以確保材料的化學成分和性能均勻一致。例如，在奧氏體不銹鋼的熔煉過程中，溫度控制在1500℃至1550℃之間，可保證材料的晶粒細化和均勻化，提高材料的強度和韌性。
2.3 鑄造工藝限制
現代煤化工閥門的鑄造工藝受到嚴格限制。由于煤液化過程中的高溫、高壓和臨氫特性，以及煤化工的腐蝕磨損工況，精密鑄造工藝不適用于此類閥門的制造。精密鑄造的鑄件通常比較疏松，均勻性較差，無法滿足臨氫工況和高溫高壓工況的要求。因此，必須采用非精密鑄造工藝，如砂鑄或金屬型鑄造等，以確保鑄件的致密度和均勻性。此外，鑄造過程中的溫控工藝也非常關鍵。不同的出爐溫度、澆注溫度、出模溫度及熱處理溫度，都會敏感地影響產品質量。例如，澆注溫度控制在1450℃至1500℃之間，可使產品內部組織晶粒細化，提高鑄件的致密度和強度。同時，采用全自動油淬火生產線進行淬火、回火處理，可使鑄件達到研磨材料基體不破碎、不失圓、耐磨系數高等特點，確保閥門在苛刻環境下的長期穩定運行。
3. 結構要求
3.1 避免煤漿結焦
在現代煤化工中，閥門結構設計必須考慮煤漿的特性，以防止煤漿結焦導致閥門失效。油煤漿在流通不暢或靜止時，容易沉積并發生聚合反應，從而結焦。例如，在直接液化煤漿管道上使用的球閥，當關閉時，閥球內部的油煤漿無法排出，沉積在球腔內，就可能結焦抱死。據統計，因煤漿結焦導致的閥門故障占煤化工閥門故障的30%以上。因此，閥門的設計應避免煤漿在閥腔內長時間停留和沉積。一種解決方案是采用特殊設計的閥腔，如增加導流槽或設置攪拌裝置，使煤漿在閥門關閉時能夠順利排出，減少結焦的可能性。此外，閥體材料的選擇也應考慮其對煤漿的親和性，選擇不易使煤漿粘附的材料，如某些表面經過特殊處理的不銹鋼材料，可以降低煤漿在閥體表面的沉積，進而減少結焦的風險。
3.2 便于清洗設計
為了確保閥門的長期穩定運行，閥門結構設計還應便于清洗。煤漿在閥門中的沉積不僅會導致結焦，還可能堵塞閥門的通道，影響閥門的啟閉性能。因此，閥門的設計應考慮到清洗的便利性。例如，采用可拆卸的閥體結構，使得閥體內部可以方便地進行清洗和維護。一些閥門設計了專門的清洗口，可以通過高壓水或清洗劑對閥腔進行沖洗，有效清除沉積的煤漿。此外，閥座和閥芯的設計也應便于拆卸和清洗，避免煤漿在這些關鍵部件上的沉積。例如，采用模塊化的閥座設計，可以快速更換或清洗閥座，確保閥門的密封性能。據統計，便于清洗的閥門設計可以將閥門的維護周期延長20%至30%，顯著提高了閥門的可靠性和經濟性。
4. 耐磨性要求
4.1 金屬硬密封與材質匹配
在現代煤化工領域，閥門所面臨的磨損問題極為嚴峻，尤其是金屬硬密封閥門。金屬硬密封閥門的耐磨性主要取決于密封面的材質匹配。理想的材質匹配應確保密封面在高溫、高壓和腐蝕性環境中保持良好的密封性能和耐磨性。例如，碳化鎢硬質合金是一種常用的密封面材料，其硬度高（可達80HRC以上），能夠承受水煤漿、煤粉、硅粉等多相顆粒介質的高速沖刷。與之匹配的基體材料，如整體燒結碳化鎢硬質合金，不僅提供了高強度和高硬度，還具有良好的抗氧化性和耐腐蝕性。這種材質組合在450℃的工況下，使用壽命可達12個月，遠超過傳統噴涂碳化鎢涂層的閥門。此外，整體燒結碳化鎢的線膨脹系數僅為常規鋼材的1/3至1/2，有效避免了高溫卡塞現象，保障了閥門在高溫差工況下的優異動作性能。
4.2 高溫啟閉試驗
高溫啟閉試驗是評估閥門在高溫環境下啟閉性能的關鍵測試。在現代煤化工中，閥門經常需要在高溫環境下操作，因此必須確保閥門在高溫下能夠靈活啟閉，不會因熱膨脹或材料性能變化而卡死。試驗通常在模擬實際工況的高溫環境中進行，例如在400℃至500℃的溫度范圍內，對閥門進行多次啟閉操作，觀察閥門的啟閉力矩、密封性能和動作靈活性。數據表明，采用整體燒結碳化鎢硬質合金的閥門在高溫啟閉試驗中表現出色，其啟閉力矩在高溫下保持穩定，密封性能未出現明顯下降，且動作靈活，無卡滯現象。相比之下，傳統材料的閥門在高溫下啟閉力矩顯著增加，密封性能下降，甚至出現卡死現象。因此，高溫啟閉試驗對于確保閥門在現代煤化工中的可靠運行至關重要。
4.3 涂層技術與閥座設計
涂層技術在提高閥門耐磨性方面發揮著重要作用。在現代煤化工中，閥門的密封面和易損部件常常采用特殊的涂層技術，以增強其耐磨性和耐腐蝕性。例如，超音速火焰噴涂（HVOF）技術可以將耐磨粉末涂層材料以極高的速度噴涂到基體材料表面，形成高硬度、高結合力和高致密性的涂層。這種涂層的硬度可達74HRC以上，有效提高了閥門的抗擦傷性能和耐磨性能。此外，閥座設計也對閥門的耐磨性有重要影響。合理的閥座設計可以減少介質對密封面的沖擊和磨損，提高閥門的使用壽命。例如，采用刮刀式閥座設計，可以在閥門開關過程中對球面進行刮刷，有效減少球面污物進入密封副，保證密封可靠。同時，閥座的密封等級要求為ANSI FCI 70-2 VI級，確保了閥門在高壓和腐蝕性介質中的密封性能。通過結合先進的涂層技術和合理的閥座設計，現代煤化工閥門的耐磨性和可靠性得到了顯著提升。
5. 總結
現代煤化工對閥門產品在材料、工藝、結構和耐磨性上提出了極為嚴格的技術要求。在材料方面，閥門需要具備優越的致密性、純潔性和均質性，以應對油煤漿等介質的磨損問題；同時，化學成分和力學性能必須滿足設計規范，確保在高溫高壓環境下的可靠性和安全性；此外，抗環境脆化性能也是關鍵，以防止氫損傷等潛在風險。工藝上，原材料的質量控制、精煉與爐前控制以及鑄造工藝的選擇至關重要，這些因素直接影響閥門鑄件的質量和性能。結構設計上，閥門需避免煤漿結焦導致的失效，并便于清洗，以確保長期穩定運行。耐磨性方面，金屬硬密封與材質匹配、高溫啟閉試驗以及涂層技術與閥座設計等措施，有效提升了閥門在苛刻工況下的耐磨性和可靠性。這些綜合技術要求，不僅保障了現代煤化工閥門在復雜工況下的高效運行，也推動了閥門制造技術的不斷創新和發展。
鄂公安備案號：42011602001080號 
