Кіраўніцтва па матэрыялах сядла і кольца сядла для зваротных клапанаў і прамысловых рэгулюючых клапанаў 

Сядло клапана і кольца сядла з'яўляюцца асноўнымі ўшчыльняючымі кампанентамі зваротных клапанаў і прамысловых рэгулюючых клапанаў. Няправільны выбар матэрыялу прыводзіць да заўчаснай эрозіі, кавітацыйнага пашкоджання, задзірання металу і пастаяннай унутранай уцечкі, што выклікае незапланаваны прастой трубаправода і высокія выдаткі на тэхнічнае абслугоўванне. Гэта кіраўніцтва ахоплівае структуру сядла клапана, тыповыя рэжымы адмовы, параўнанне матэрыялаў нержавеючай сталі і сплаваў Stellite, стандарты ліцця па выплавляемым мадэлям і патрабаванні да механічнай апрацоўкі паверхні, дапамагае інжынерам і камандам па закупках выбраць правільнае сядло клапана, кольца сядла і ўстаўку клапана для нафтавай і газавай, хімічнай і паравой прамысловасці.

1. Агляд сядла і кольца сядла ў зваротных клапанах

1.1 Вызначэнне і структурныя адрозненні

Гэты раздзел адказвае на наступныя пытанні: у чым розніца паміж сядлом клапана, кольцам сядла і ўстаўкай клапана? Якую ролю гуляюць гэтыя дэталі ў герметызацыі зваротнага клапана?

• Сядло клапана: Нерухомая ўшчыльняльная аснова, убудаваная або ўціснутая ў корпус клапана, утварае першасны ўшчыльняльны кантакт з дыскам або шарам клапана.
• Кальцо сядзення (кольца зваротнага клапана): зменная колцападобная ўстаўка, усталяваная на адтуліне сядзення; ён служыць у якасці ахвярнай ўшчыльняльнай паверхні для абароны корпуса клапана ад зносу.
• Клапанная ўстаўка: Вузкая ўшчыльняльная стужка, апрацаваная на кальцы сядзення, звычайна з цвёрдай наплавкай са сплаву Stellite для цяжкіх эксплуатацый.

Паваротныя і пад'ёмныя зваротныя клапаны прыняць розныя структуры сядзення. Пад'ёмныя зваротныя клапаны маюць плоскую, вузкую стужку сядзення, у той час як паваротныя зваротныя клапаны выкарыстоўваюць больш шырокую дугападобную паверхню сядзення. Усе характарыстыкі ўшчыльнення метал да металу цалкам залежаць ад якасці матэрыялу і дакладнасці апрацоўкі гэтых трох кампанентаў.

1.2 Наступствы няспраўнасці сядзення

Калі паверхня ўшчыльнення сядзення пашкоджана, клапан не можа эфектыўна блакаваць зваротны паток. Агульныя вынікі ўключаюць бесперапынную ўцечку асяроддзя, паступовую страту ціску і поўную замену клапана на працягу некалькіх месяцаў, а не гадоў.

2. Агульныя рэжымы адмовы сядзела клапана і сядзельнага кольца

У гэтым раздзеле тлумачацца толькі механізмы адмоваў без увядзення матэрыяльных рашэнняў.

2.1 Эразійны знос (удар часціц і валачэнне дроту)

Вадкасць з высокай хуткасцю, якая нясе цвёрдыя часціцы, праразае лінейныя канаўкі на паверхні ўшчыльнення. Гэта з'ява вядома як выцягванне дроту, і яно часта адбываецца ў паравых і шламавых трубаправодах высокага ціску. Цвёрдыя цвёрдыя часціцы выклікаюць абразіўны знос, паступова выдаляючы матэрыял з стужкі сядзення.

2.2 Кавітацыйнае пашкоджанне (мігценне і калапс бурбалкі)

Калі ціск вадкасці апускаецца ніжэй ціску пары, вадкасць ператвараецца ў бурбалкі пары. Гэтыя бурбалкі моцна згортваюцца, калі ціск аднаўляецца, ствараючы лакалізаваныя ўдарныя хвалі высокага ціску, якія ствараюць ямкавыя і кратэрныя пашкоджанні на паверхні металічнага сядзення. Кавітацыя шырока распаўсюджана ў дросельных рэгулюючых клапанах і зваротных клапанах высокага перападу ціску.

2.3. Пацёртасць і адгезійны знос металічных ушчыльняючых паверхняў

Калі дзве аголеныя металічныя паверхні шматразова адкрываюцца і зачыняюцца пад высокім кантактным ціскам, паміж кропкамі кантакту адбываецца халодная зварка. Матэрыял адрываецца ад адной паверхні і прыліпае да спалучанай паверхні, утвараючы пастаянныя сутаргавыя пашкоджанні. Пары з нержавеючай сталі вельмі схільныя да задзірання без апрацоўкі наплавкай.

3. Асноўныя металічныя матэрыялы для сядзення зваротнага клапана і сядзельнага кольца

Нержавеючая сталь 3.1 316L (CF3M/F316L) – агульнае абслугоўванне карозіі

• Цвёрдасць: прыкладна 25 HRC у отожженном стане.
• Перавагі: Выдатная ўстойлівасць да агульнай карозіі і хларыднай карозіі; нізкі кошт; лёгкае ліццё па выплавляемым мадэлям і механічная апрацоўка.
• Абмежаванні: Дрэнная зносаўстойлівасць; не можа супрацьстаяць эрозіі, кавітацыі або пацёртасці пад высокім ціскам.
• Прыдатная паслуга: чыстая вада, слабая агрэсіўная вадкасць, паветраправод нізкага ціску без цвёрдых часціц.

3.2 Мартэнсітная нержавеючая сталь мартэнсіту 420 - Сярэдні знос

• Цвёрдасць: 38-42 HRC пасля загартоўкі і адпуску.
• Перавагі: больш высокая цвёрдасць, чым 316L; лепшыя супрацьізносныя характарыстыкі; даступны для абслугоўвання сярэдняй нагрузкі.
• Абмежаванні: абмежаваная ўстойлівасць да кавітацыі; па-ранейшаму схільны да раздражнення ў спалучэнні з іншым тварам з нержавеючай сталі 420.
• Прыдатная паслуга: неабразіўная вадкасць нізкага ціску, зваротныя клапаны з нізкім цыклам.

3.3 Стэлітавыя сплавы (Stellite 6 / Stellite 12) – сур'ёзная эрозія і кавітацыя

Стэліт - кобальта-хром-вальфрамавы сплаў шырока выкарыстоўваецца ў якасці цвёрдай наплавкі на падкладках сядзенняў з нержавеючай сталі.

Stellite 6 (прамысловы стандартны клас)

• Цвёрдасць: 36-45 HRC пасля наплавкі.
• Асноўныя характарыстыкі: Выдатная ўстойлівасць да кавітацыі, эрозіі і задзірання металу; захоўвае максімальную цвёрдасць да 500°C пры працы з парай пры высокай тэмпературы.
• Прымяненне: пара высокага ціску, умераная суспензія, рэгулюючыя зваротныя клапаны з высокім цыклам і рэгулюючыя клапаны.

Stellite 12 (высокая зносаўстойлівасць)

• Цвёрдасць: 45–53 HRC з больш высокім утрыманнем вугляроду.
• Кампраміс: больш высокая ўстойлівасць да ізаляцыі, але меншая трываласць, чым у Stellite 6; больш схільныя парэпання пры моцных ударах.
• Ужыванне: Моцная абразіўная суспензія і моцная эрозія.

4. Асноўныя патрабаванні да вытворчасці і апрацоўкі

4.1 Ключавыя моманты ліцця па выплавляемым мадэлям для ўставак для сядзення клапана

Большасць кольцаў і ўставак сядла клапана вырабляюцца праз золь кремнезема для ліцця па выплавляемым мадэлям, асабліва для кампанентаў са сплаву 316L і Stellite.

• Кантралюйце ўсаджвальную сітаватасць і гарачы разрыў паблізу ўшчыльняльнай стужкі шляхам аптымізацыі размяшчэння варот і ахалоджвання; пазбегнуць дэфектаў ліцця на крытычнай ўшчыльняльнай паверхні.
• Цалкам выдаліце ​​рэшткі керамічнай абалонкі перад апрацоўкай; рэшткавы пясок прывядзе да заўчаснага зносу падчас прыціркі.
• Ужывайце тэрмічную апрацоўку для зняцця напружання пасля адліўкі, каб прадухіліць памерную дэфармацыю пры цыклічных зменах тэмпературы.
• Кантроль неразбуральнага кантролю: правядзіце пранікальную праверку (PT) і рэнтгенаграфічную праверку (RT) гатовых колцаў для сядзення, каб выявіць унутраную ўсаджванне і паверхневыя расколіны.

4.2 Стандарт цвёрдасці для ўшчыльнення паверхняў

• Сядзенні з нержавеючай сталі без пакрыцця павінны адпавядаць зададзенай аб'ёмнай цвёрдасці; цвёрдасць адпаведнага дыска павінна быць не менш за 5 HRC, каб знізіць рызыку задзірання.
• Таўшчыня стэлітнай наплавкі рэгулюецца на ўзроўні 2–4 мм пасля фінішнай апрацоўкі; цвёрдасць павінна быць праверана непасрэдна на ўшчыльняльнай стужцы з цвёрдым наплавам, а не на падкладцы з нержавеючай сталі.
• Абслугоўванне кіслай нафтай і газам (NACE MR0175): абмежаванні цвёрдасці прымяняюцца, каб пазбегнуць сульфіднага расколіны; Stellite 6 кваліфікаваны для працы з кіслым газам з належным кантролем цвёрдасці.

4.3 Патрабаванні да аздаблення паверхні і прыціркі металічных сядзенняў

Шурпатасць паверхні непасрэдна ўплывае на герметычнасць і тэрмін службы.

• Апрацаваная стужка сядла: Ra 0,8–1,6 мкм для звычайных зваротных клапанаў з металічным сядлом.
• Паверхня ўшчыльнення з нахлестом для адключэння без уцечак класа V/VI (па класіфікацыі ўцечак клапанаў API): Ra 0,2–0,8 мкм з кантролем плоскасці ў межах 2 светлавых палос (0,0005 мм).
• Пазбягайце дробеструйной апрацоўкі або абарачэння пасля канчатковай апрацоўкі; струйная апрацоўка стварае няроўную тэкстуру паверхні і скарачае тэрмін службы сядзення.
• Дакладная притирка абавязковая для Пары спалучэння шаравога і сядзельнага клапана Stellite каб дасягнуць раўнамернага кантакту па ўсёй шырыні сядзення.

5. Прынцыпы выбару матэрыялаў па ўмовах эксплуатацыі

У гэтай главе прыводзяцца дзейсныя правілы выбару без паўтарэння поўных даных прадукцыйнасці матэрыялу.

5.1 Чыстая сярэдняя і слабая карозія

Асяроддзе: чыстая вада, нізкатэмпературны чысты вуглевадарод, газ нізкага ціску без цвёрдых часціц.
Рэкамендуемы матэрыял: сядло клапана і кольца сядла з цвёрдай нержавеючай сталі 316L. Для кантролю кошту закупак не патрабуецца наплавка Stellite.

5.2 Пар высокага ціску і эразіўная вадкасць

Сярэдняя: насычаная і перагрэтая пара, вадкасць з мяккай цвёрдай дробкай, высокая хуткасць патоку.
Рэкамендаваны матэрыял: падкладка 316L з цвёрдай наплавкай Stellite 6 на ўшчыльняльнай стужцы, каб супрацьстаяць эрозіі валачэння дроту і высокатэмпературнаму акісленню.

5.3 Абслугоўванне кавітацыі і прашывання

Сярэдняя: рэгуляванне высокага перападу ціску, мігценне вадкасці, частае згортванне бурбалак.
Рэкамендуемы матэрыял: накладная ўстаўка для сядзення Stellite 6; сплаў на аснове кобальту забяспечвае значна лепшую ўстойлівасць да кавітацыі, чым мартенситная нержавеючая сталь.

5.4 Абслугоўванне кіслай нафтай і газам (абмежаванні NACE MR0175)

Асяроддзе: кіслая нафта і прыродны газ, якія змяшчаюць H₂S.
Асноўнае правіла: кантралюйце цвёрдасць сядзення ніжэй верхняй мяжы, вызначанай NACE; Наплавка Stellite 6 адпавядае стандарту NACE MR0175 / ISO 15156 па ўстойлівасці да расколіны пад дзеяннем сульфіду. Пазбягайце некантралюемых зварных швоў высокай цвёрдасці.

6. Часта задаюць пытанні

Сядло клапана 6.1 Stellite супраць 316L: які мае большы тэрмін службы?

Сядзенні з цвёрдай накладкай Stellite забяспечваюць значна больш працяглы тэрмін службы, чым голыя сядзенні 316L ва ўмовах пары, кавітацыі і эразіі. Для чыстага абслугоўвання пры нізкім ціску 316L забяспечвае дастатковы тэрмін службы з меншай першапачатковай коштам.

6.2. Ці можна выкарыстоўваць стэліт-наплавку ў абслугоўванні кіслага газу?

так. Stellite 6 адпавядае NACE MR0175 / ISO 15156, калі цвёрдасць зварнога шва строга кантралюецца, што робіць яго стандартным матэрыялам для аздаблення зваротных клапанаў для кіслага масла і газу.

6.3 Якая неабходная цвёрдасць кальца сядла зваротнага клапана?

• Цвёрдае сядзенне 316L: 22–28 HRC (адпалены стан).
• Сядзенне з нержавеючай сталі 420: 38–42 HRC пасля тэрмаапрацоўкі.
• Сядзенне з цвёрдай накладкай Stellite 6: 36–45 HRC, вымеранае на накладной паверхні.

7. Заключэнне і рэзюмэ выбару

Асноўным прынцыпам выбару матэрыялу сядла клапана і кольцы сядла з'яўляецца адпаведнасць характарыстык сплаву да дамінуючага рэжыму адмовы:

1. Для чыстых трубаправодаў з нізкім утрыманнем карозіі: выбірайце цвёрдую ўстаўку клапана з нержавеючай сталі 316L і кольца сядла, каб зэканоміць.
2. Для пара высокага ціску, эрозіі часціц і кавітацыі: укажыце Наплавка Stellite 6 на падкладках 316L.
3. Для працы з кіслым газам: прытрымлівайцеся абмежаванняў цвёрдасці NACE MR0175 і выбірайце адпаведную накладку Stellite.
4. Перад прыёмкай заўсёды правярайце якасць адліўкі, аздабленне паверхні і цвёрдасць ушчыльняльнай паверхні.

Пры ацэнцы нестандартнага сядла зваротнага клапана, кольца сядзення і вузлоў шара і сядзення клапана Stellite для прамысловых вадкасных сістэм пацвердзіце працэс ліцця, спецыфікацыі наплавкі і стандарты прыціркі з вашым пастаўшчыком кампанентаў, каб пазбегнуць заўчаснага збою ўшчыльнення.