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Zr705鋯合金美標球閥的設計標準
點擊次數(shù)：118 發(fā)布時間：2021-2-4
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Zr705鋯合金美標球閥產(chǎn)品說明
鋯及鋯合金以其優(yōu)異的耐蝕性廣泛應用于合成醋酸工藝裝置等系統(tǒng)，并成為其中溫度高、腐蝕強的部分裝置與管路系統(tǒng)金屬材料。鋯材閥門作為輸送管線上控制介質(zhì)流動的啟閉單元也得到了廣泛的應用。一種鋯材球閥，包括閥體、球芯和閥桿，球芯的球狀表面是板材成型式的外殼，通徑管則置于球芯的外殼中固定連接構成空心結構，且外殼和通徑管之間的空間內(nèi)設有若干條加強筋，在球芯的上下面還分別設有同軸的上轉動柱和下轉動柱，上轉動柱和閥桿的下端連接。本實用新型的球芯基本空心，球芯的重量輕，使用的鈦材或鋯材少，大大降低了成本，而且球芯的質(zhì)量好，結構合理，整體強度高，不易磨損。同軸的上、下轉動柱可以使球芯的裝配方便轉動操作更輕便，閥門控制更迅速容易。介紹了鋯及鋯合金閥門的選型及其應用領域。分析了閥門產(chǎn)品的設計制造、材料選用及設計計算等標準的規(guī)定。給出了鋯及鋯合金閥門的設計制造、焊接工藝及無損檢測檢驗等標準的確定方法與使用準則。此類閥門主要依賴進口，閥門的產(chǎn)品標準、材料標準及零件的設計計算準則的選用和規(guī)范是該類產(chǎn)品國產(chǎn)化工作的根本。
美標球閥設計標準：
APPLECABLE STANDARDS：
防爆中軸/全流Blow-out Proof stem/Full port
設計和制造標準按照Design: ASME B16.34,API608；
結構長度按照face toface : ASME B16.10；
法蘭端尺寸按照End Flange：ASME B16.5；
檢驗和測試按照Test: API598；
防火設計測試Fire Safe：API607；
不銹鋼美標球閥的結構簡單，密封性好，但球體承受工作介質(zhì)的載荷全部傳給了出口密封圈，因此要考慮密封圈材料能否經(jīng)受得住球體介質(zhì)的工作載荷，在受到較高壓力沖擊時，球體可能會發(fā)生偏移。這種結構，一般用于中低壓球閥。
2、產(chǎn)品標準
2.1、產(chǎn)品類型
規(guī)格參數(shù)
壓力等級： PN1.6-10.0Mpa Class150-600Lb
公稱通徑： DN15-DN250 1/2"-10"
驅(qū)動方式：手柄、蝸輪蝸桿、氣動、液動、電動
相對應的型號： Q41F- 16Zr、Q41F-25Zr、Q41F-40Zr、Q41F-64Zr、Q41F-100Zr、Q41F-150Lb(Zr)、Q41F- 300Lb(Zr)、Q41F-600Lb(Zr)、Q341F-16Zr、Q341F-25Zr、Q341F-40Zr、Q341F-64Zr、 Q341F-100Zr、Q341F-150Lb(Zr)、Q341F-300Lb(Zr)、Q341F-600Lb(Zr)
適用介質(zhì)：耐高溫、耐強腐蝕介質(zhì)
技術規(guī)范
設計標準：GB/T12237、API6D、ASME B16.34
結構長度：GB/T12221、API6D、ASME B16.10
連接法蘭：HG、GB、JB、API、ANSI、ISO、BS、DIN、NF、JIS
試驗標準：JB/T9092、GB/T13927、API6D、API598
主體材料
閥體、閥蓋：Zr702、Zr705、R60702、R60705
球體、閥桿：Zr702、Zr705、R60702、R60705
密封圈：PTFE、RPTFE、PPL、PEEK……
2.2、壓力-溫度額定值
壓力-溫度額定值是閥門設計制造首先面臨的問題。然而在相關各標準所規(guī)范的承壓件材料及其壓力-溫度等級中，API標準規(guī)范使用ASME B16.34中規(guī)定的材料，BS標準規(guī)范使用BS1560和BS4504中規(guī)定的材料，這兩類標準中的材料均未包括鋯及鋯合金。對于鋯及鋯合金閥門，用于確定設計和使用性能選型的主體材料的壓力-溫度額定值在現(xiàn)行的國內(nèi)外標準中未作規(guī)定，其值需要根據(jù)使用材料標準規(guī)定的材料屬性計算確定。ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范材料卷提供了鋯及鋯合金鍛件在不同溫度下的強度值可用于計算確定殼體材料的壓力-溫度等級，但鑄件在不同溫度下的強度值需經(jīng)試驗確定。在計算壁厚時，應根據(jù)ASME B16.34附錄B正確選擇計算方式和ASME規(guī)定的用于設計計算的(殼體)材料的強度、許用應力值和依據(jù)醋酸裝置用鋯及鋯合金閥門使用溫度確定的材料使用溫度參考值(表1)。經(jīng)對比及計算可知，各溫度下鋯705的強度遠高于鋯702，鋯705可以獲得高于316L等不銹鋼材質(zhì)的剛性及強度。在滿足耐腐蝕要求的前提下，推薦選用該材料。
2.3、連接尺寸及參數(shù)
鋯及鋯合金閥門規(guī)格采用公稱管徑(NPS)與ASME額定級(Class)。進口裝置和國內(nèi)設計院所設計的這類閥門結構長度基本選用ASME B16.10短系列，符合API594標準的部分產(chǎn)品按該標準自身確定的結構長度。連接法蘭標準選用ASME B16.5，但在國內(nèi)外產(chǎn)品的實際工程應用中，法蘭的強度按所選材料屬性進行了校核修正，主要體現(xiàn)在法蘭厚度應厚于鋼制法蘭的標準尺寸，其他尺寸包括外徑、連接孔尺寸及密封尺寸等為保證連接標準的一致未作變動。
多年的實際應用表明，采用上述標準和部分修正*可滿足系統(tǒng)壓力管道元件連接規(guī)范化、標準化、安裝要求和使用性能要求。對于用鋯金屬所制造的閥門采用較短的結構長度和修正的法蘭厚度，平衡了節(jié)約材料與高溫系統(tǒng)需要間的關系。在國產(chǎn)化產(chǎn)品運行近3年的工程實踐證明，采用上述原則設計制造的閥門性能達到進口產(chǎn)品的水平，而合理的價格取得了較低的系統(tǒng)建設和運行維護成本。
2.4、設計要求
不同類型閥門產(chǎn)品標準中各自的設計要求諸如密封系統(tǒng)要求、防噴出閥桿、操作執(zhí)行器要求、檢查和試驗要求、銘牌標識等，鋯材閥門應同樣遵循。輸送B類流體的管道上使用軟密封球閥時應選用防(耐)火型結構的球閥。對于使用鋯材閥門的管道輸送的多為加有催化劑的醋酸介質(zhì)，尚不屬于易燃易爆流體，所以，在目前國內(nèi)裝置中所用的這兩類閥門通常無上述兩項要求。有些工藝管道因其特殊性會有防火要求，通過特殊的閥座設計(如在閥座軟密封帶內(nèi)側設計金屬密封帶等)。在中法蘭連接和閥桿密封等密封環(huán)節(jié)有柔性石墨的密封材料在閥門意外受到火燒時可有效地防止介質(zhì)在內(nèi)部和向外部泄漏。因此，可以將抗靜電和防火要求作為鋯材閥門的附加要求體現(xiàn)在其設計制造規(guī)范中。
不銹鋼美標球閥的結構簡單，密封性好，但球體承受工作介質(zhì)的載荷全部傳給了出口密封圈，因此要考慮密封圈材料能否經(jīng)受得住球體介質(zhì)的工作載荷，在受到較高壓力沖擊時，球體可能會發(fā)生偏移。這種結構，一般用于中低壓球閥。
3、材料標準
鋯及鋯合金閥門主要使用了ASTM B752、ASTM B493及ASTM B550等3類材料標準。
3.1、鑄件標準
ASTM B752為通用鑄件標準，而非用于閥門行業(yè)的專業(yè)化鑄件技術標準，同時也沒有被收錄到ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范材料卷中。因此，在使用該標準時應根據(jù)閥門使用的特點來選擇使用其中的性能指標和檢驗要求，需要時應根據(jù)使用環(huán)境和狀態(tài)進行必要的補充。該標準規(guī)定了鋯及鋯合金鑄件的級別(分為702℃、704℃及705℃級別)、熔煉工藝要求、化學成分、熱處理及補焊、表面質(zhì)量要求和標記等。在該標準的補充要求中，提出了射線探傷、液體滲透探傷、拉伸試驗、硬度試驗、沖擊試驗及高溫等靜壓。顯然，零件的制造檢驗應包括標準中的補充部分。
高溫等靜壓(亦稱為熱等靜壓)是通過消減內(nèi)部缺陷的高溫致密化處理達到提高鑄件綜合性能的目的。高溫等靜壓后，由于晶粒發(fā)生粗化，通常其抗拉強度和屈服強度會有下降，其疲勞強度可獲得較大的提高。如果該鑄件對疲勞性能要求不是十分重要，綜合經(jīng)濟方面考慮，沒必要熱等靜壓。因此，可選擇性地應用于閥體類的承壓殼體。按照閥門檢驗標準要求，閥體需要進行1.5倍公稱壓力的強度試驗，目的在于檢驗閥體和閥蓋的致密性及包括閥體與閥蓋連接處在內(nèi)的整個殼體的耐壓能力。在這樣的檢驗條件下，應考慮是否適時地進行這些鑄件(包括閥體)的熱等靜壓處理。
3.2、鍛件標準
在ASTM B493中，規(guī)范了鋯及鋯合金鍛件的級別(分為R60702、R60704及R60705級別)、材料和制造、化學成分、拉伸性能要求、工藝和質(zhì)量等級要求、拉伸試驗規(guī)則和方法、檢驗規(guī)則及標記要求等，基本符合閥門承壓件和控壓件的制造要求。該標準正文中沒有規(guī)定具體的無損檢測要求，只是在補充要求S1條中要求能夠達到商定的內(nèi)部質(zhì)量要求。因此，作為閥門零部件生產(chǎn)時應參照GB/T 12228中鍛件級別的要求根據(jù)不同壓力確定無損探傷要求。
技術規(guī)范
| 設計依據(jù) | 美標系列 | |
| 設計標準 | AP16D | ANSI B16.34 |
| 法蘭連接結構長度 | AP16D | ANSI B16.10 |
| 結構長度(焊接) | AP16D | ANSI B16.10 |
| 連接法蘭 | ANSI B16.5、B16.47 | |
| 對焊端 | ANSI B16.25 | |
| 試驗和檢驗 | AP16D | AP1598 |
技術參數(shù)：
設計依據(jù)
日標系列
美標系列
設計標準
BS5351
AP16D
ANSI B16.34
法蘭連接結構長度
JIS B2002
AP16D
ANSI B16.10
結構長度(焊接)
-
AP16D
ANSI B16.10
連接法蘭
JIS B2212 B2214
ANSI B16.5、B16.47
對焊端
-
ANSI B16.25
試驗和檢驗
JIS B2003
AP16D
AP1598
美標球閥基本參數(shù)
公稱壓力或壓力級：PN1.0-32.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K
公稱通徑或口徑：DN6～900、NPS 1/4 ～36
連接方式：法蘭、對焊、螺紋、承插焊等
適用溫度：-196℃～540℃
驅(qū)動方式：手動、蝸輪蝸桿傳動、氣動、電動、液動、氣液聯(lián)動、電液聯(lián)動
閥體材料：WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M(316L)、Ti。
適用介質(zhì)：水、氣、油品、天然氣和酸堿腐蝕介質(zhì)。
美標球閥適用范圍
美標高壓球閥設計與制造標準：GB12237、API 6D
結構長度：GB12221、ANSI B16.10
法蘭連接：JB/T79、GB9112-9131 ANSI B 16.25
壓力溫度等級：ANSI B16.34 E101
試驗與檢驗：API598 E101