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高壓加氫裝置閥門(mén)材料、檢查與試驗(yàn)
2024/1/23高壓加氫裝置閥門(mén)材料、檢查與試驗(yàn)
高壓加氫裝置閥門(mén)材料、檢查與試驗(yàn)
壓加氫裝置的操作條件不僅對(duì)材料的可靠性有較高的要求,而且其介質(zhì)(如氫氣和硫化氫)本身對(duì)材料性質(zhì)也有較高的要求,即介質(zhì)對(duì)材料本身存在的缺陷比較敏感。如果材料中有非金屬夾雜、夾渣、氣孔、裂紋等不連續(xù)缺陷,容易導(dǎo)致氫氣的積聚,常溫下會(huì)因其形成的局部高壓而引起氫變形,甚至誘發(fā)微裂紋,同時(shí)也會(huì)使材料脆性惡化(氫脆)。
高溫下,這些缺陷更利于氫致內(nèi)部脫碳的進(jìn)行,從而加快材料氫腐蝕破裂的進(jìn)程。而硫化氫介質(zhì)則對(duì)材料的外部不連續(xù)缺陷比較敏感,尤其是在濕硫化氫環(huán)境下,外部的不連續(xù)缺陷往往成為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的誘因。
因此,減少或限翻閥門(mén)承壓部件中的缺陷是保證其可靠性,延長(zhǎng)其使用壽命的關(guān)鍵因素之一。閥門(mén)承壓部件的制造方法有鑄造和鍛造 2 種。鍛造件不存在氣孔、疏松、大尺寸圓形夾雜、柱狀組織和枝晶組織等缺陷,而且金屬致密,綜合機(jī)械性能好,可靠性高,因此鍛造是嗣造高壓加氫阿門(mén)承壓部件的理想方法。但考慮到大多數(shù)承壓部件的外形比較復(fù)雜,而且它們中有很多超過(guò)了一般模鍛的尺寸,故國(guó)內(nèi)外大多數(shù)閥門(mén)廠對(duì)于 DN>50 mm 閥門(mén)的主要承壓部件仍采用鑄件。為了保證鑄件質(zhì)量,應(yīng)從冶煉、鑄造工藝和焊補(bǔ) 3 個(gè)主要方面進(jìn)行控嗣。冶煉對(duì)材料品質(zhì)的影響是最基礎(chǔ)的影響因素。不同的冶煉方法,得到的材料品質(zhì)差別也比較大。
目前國(guó)內(nèi)閥門(mén)廠普遍采用電爐冶煉,而國(guó)外的大多數(shù)閥門(mén)廠則采用 VOD 或 AOD 冶煉方法。VOD/AOD 與電爐冶煉相比,其有益合金元素?zé)龘p少,材料成分更容易接近理想狀態(tài),而且脫氣性好,有害雜質(zhì)元素少,故獲得的材料品質(zhì)也就比較高。鑄造工藝是影響材料性能的關(guān)鍵因素,它涉及到了鑄膜材料選擇、木模外模型涉及、澆鑄溫度控制和澆鑄方法選擇等方面。總之,有利于改善鑄件質(zhì)量的鑄造工藝如精密鑄造、壓力鑄造和真空澆鑄等應(yīng)作為閥門(mén)制造廠今后的發(fā)展方向。焊樸是處理鑄件缺陷的一種補(bǔ)救措施。
大多數(shù)鑄件都是需要焊補(bǔ)修理的,如果缺陷超標(biāo)就給予報(bào)廢,將會(huì)增加閥門(mén)的生產(chǎn)成本。但每個(gè)閥門(mén)的焊樸數(shù)量、焊補(bǔ)面積和焊樸次數(shù)等應(yīng)有限制,因?yàn)楹秆a(bǔ)區(qū)的金屬不同于鑄造金屬,焊補(bǔ)數(shù)量越多,焊補(bǔ)面積越大,造成鑄造金屬的不均勻性越嚴(yán)重,從而導(dǎo)致材料的綜合性能下降。每次焊補(bǔ)都相當(dāng)于給鑄件一次加熱,而多次對(duì)鑄件加熱會(huì)給它帶來(lái)一系列不利的影響,故閥門(mén)的焊補(bǔ)次數(shù)也應(yīng)有所限制。ASTM 規(guī)范中對(duì)鑄造材料的焊補(bǔ)提出了一定的要求,但其要求偏低,國(guó)外大多效閥門(mén)制造商的鑄件焊補(bǔ)控制水平均比 ASTM 規(guī)定的嚴(yán)格。
實(shí)際上,鑄件焊補(bǔ)的控制還反映了鑄件材料的質(zhì)量與生產(chǎn)成本之間的平衡關(guān)系,因此關(guān)鍵還是要提高鑄件的鑄造質(zhì)量,盡量減少鑄造缺陷,閥門(mén)的強(qiáng)度(水壓)試驗(yàn)、密封試驗(yàn)及必要的無(wú)損探傷是衡量閥門(mén)是否合格的必要條件,但井不是衡量一個(gè)閥門(mén)好壞的充分條件,至少對(duì)高壓加氫閥門(mén)來(lái)說(shuō),它們尚不能完全反映一個(gè)閥門(mén)的綜合品質(zhì)。
以閥門(mén)的密封為例,一般情況下,只要保證密封件的機(jī)加工精度,就容易通過(guò)冷態(tài)下的工廠密封試驗(yàn),但它并不代表閥門(mén)在長(zhǎng)期使用(尤其是在高溫、高壓工作工況)條件下也能保持良好的密封。一旦閥門(mén)部件出現(xiàn)磨損、腐蝕、應(yīng)力松弛、變形和材料變性等問(wèn)題。將會(huì)影響到閥門(mén)的密封性能,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使密封失效。而部件金屬組織的穩(wěn)定性和均勻性、部件結(jié)構(gòu)造成的局部應(yīng)力水平等,都會(huì)從某種程度上影響到材料的腐蝕、應(yīng)力松弛、變形和變性等問(wèn)題。而材料的這些問(wèn)題都是無(wú)損探傷和冷態(tài)下的壓力試驗(yàn)無(wú)法檢查的,對(duì)于一般介質(zhì)上應(yīng)用的中低壓閥門(mén)來(lái)說(shuō),上述的問(wèn)題可能不存在或者不突出,而對(duì)高壓臨氫條件下應(yīng)用的閥門(mén),這些問(wèn)題將是不可忽略的。
因此,對(duì)高壓臨氫用閥門(mén)。應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全方位的檢查試驗(yàn)。由于閥門(mén)承壓零部件的材料品質(zhì)(尤其是鑄件材料)對(duì)閥門(mén)的使用壽命影響較大。故就承壓鑄件的檢查試驗(yàn)作進(jìn)一步討論,鑄件材料的品質(zhì)主要取決于其生產(chǎn)過(guò)程(如冶煉工藝、制造工藝等),而對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行的各種檢查試驗(yàn)僅僅是對(duì)其品質(zhì)考核的一種手段,它并不能改變材料的品質(zhì)。因此,閥門(mén)零部件在開(kāi)始工業(yè)生產(chǎn)前進(jìn)行系統(tǒng)的、科學(xué)的工藝評(píng)定就顯得尤為重要。而工藝評(píng)定中的質(zhì)量定位又直接決定了材料(產(chǎn)品)的品質(zhì)。結(jié)臺(tái)高壓加氫裝置的介質(zhì)特點(diǎn),在此提出其主要承壓零部件在工業(yè)生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行的工藝評(píng)定項(xiàng)目。