如何选择正确的控制阀材料
如何选择正确的控制阀材料
用户在选择阀门部件材料时,往往会面临令人眼花缭乱的选项。本文将为您揭开设计过程的神秘面纱。
阀门材料的选择好比与神话中的九头蛇作战。当你集中精力对付一个头,以为已经战胜了它,却突然发现另外两个头向你发起攻击。这个问题是多方面的,因为通常有多个不同的物理和化学过程同时在起作用。此外,每个阀门部件可能都有不同的关键性能要求。
不过,需要注意的是,导致阀门部件损坏的机制是复杂且相互关联的。尽管本讨论提供了一般性指导,并努力提高对材料选择所涉及的各种因素的认识,但每种工艺和仍需进行彻底审查和详细了解,以选择最佳材料。
第一步是材料选择过程,这也是最困难的部分。造成控制阀组件损坏的原因有很多,包括侵蚀、粘合剂磨损、闪蒸、气蚀、腐蚀、极端温度等。这些挑战中的几个往往同时发生,因此识别和了解每个问题非常重要。
图 1:当带有研磨颗粒的流体介质撞击到部件上时,就会发生侵蚀,例如在该阀体上,流体介质流出时,侵蚀和腐蚀的共同作用会磨损材料。
侵蚀(图 1)是由于加工流体中的微粒造成的零件材料物理剥离。这种现象常见于带有研磨颗粒的泥浆或液体中,通常通过使用硬质材料或高强度涂层来解决。
尽管名称有误导性,但粘合磨损与侵蚀性胶水无关,而是金属相互摩擦造成的。对于必须长时间连续运行的高循环阀门来说,这种情况尤其麻烦。
解决这一问题的关键在于选择正确的材料组合,使它们不会相互损坏。不同的材料有不同的咬合倾向(粘着磨损的另一个名称),但有一些通用的指导原则。两种软质材料接触时容易发生咬合,但硬质材料与相对较软的材料配对使用的时间会更长。
当液体通过阀门时,下游压力低于液体的蒸汽压力,就会发生闪蒸损坏(图 2左)。液体在通过阀门喉部时会沸腾,在此过程中会磨损金属。
气蚀(图 2右)与闪蒸类似,但通常破坏性更大。在这种情况下,液体在通过阀门时会下降到蒸汽压以下,但随后压力会上升,使气泡塌陷。由此产生的微射流和冲击波撞击阀壁、阀内件和下游管道,造成损坏。
闪蒸,尤其是气蚀,确实是令人担忧的问题。对付这些现象的工具是结合使用非常坚硬的材料,以最大限度地降低损坏率和/或采用阀门内件设计,以消除气蚀或将破坏性能量集中到远离敏感阀门部件的地方。在严重和不可避免的气蚀情况下,我们无法取胜,只能减缓其影响并争取时间。最终,阀门会损坏并需要维修。
腐蚀是另一个凶恶的对手,它有多种形式,是由化学物质引起的(图 3)。一般腐蚀是最常见、最容易理解的腐蚀形式之一。当环境均匀地侵蚀金属时,就会发生这种腐蚀,例如在室外未加保护的钢或铁生锈。与一般腐蚀不同的是,点状腐蚀是一种局部腐蚀,会在金属上留下深坑,而这些深坑在其他情况下可能并不存在。
图3
腐蚀类型不胜枚举,包括应力腐蚀开裂(SCC)、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、电化学腐蚀等。与腐蚀作斗争最难的部分在于了解腐蚀发生的化学过程,因为在许多情况下,会同时发生几种类型的腐蚀。