曾剑文

摘要：阀门是流体的控制活动里不能缺少的东西，在全部流体掌控中有着相当关键的作用。现代科技发展非常迅速，在不同的行业都获得了很大的突破和发展，所以对高温阀门的需求也变得越来越多，而且对高温阀门设计上的要求也变得越来越高。

关键词：高温阀门；结构材料；性能

1影响高温阀门设计的因素

热膨胀量的影响。材料的热膨胀技术以及零件承受热载的差别等条件是直接导致热涨量差别的主要因素。因此，在进行高温阀门设计过程中，应当将这些因素的影响都充分考虑在内。为了使得阀芯的温度尽快与管线流体的温度相一致，可以通过将热态高温流体导入温度较低的阀门，使得横截面积较小的阀杆完成对阀芯的散热。由于阀座的散热条件与阀芯不同，其膨胀量也有差别，虽然是同时加热，但是最后的膨胀量等性能却有所不同。因此，在确定阀门零件间的工作间隙时，应当增大其范围，以保证在高温介质的情况下，避免零件之间出现卡死或是擦伤的现象，有效地减少零件因为温度造成的损伤。但是间隙的增加量也一定要适中，应当依据材料的热膨胀系数、应力以及实际使用温度来确定。

热交变的影响。介质的热交变性能也会对零件之间的相互作用造成一定的影响。譬如，阀座与导向套之间的连接就很有可能因为介质热交变的改变而变松，丧失了原有的密封作用。所以，在进行设计时，应当将阀座和支撑件的接头处进行缝焊或者点焊，以确保其密封作用。另外，大口径阀门应当使用本体堆焊阀座，以防止与介质接触过多的阀门零件因为受到交变应力的影响而过度疲劳，乃至于丧失了原有的作用。另外，在设计过程中，还应当将热交变状况下密封时弹性阀座结构的选择以及其效果评价等因素考虑在内。也只有这样才能够从根本上减少热交变对于高温阀门设计的影响，减少零件的损伤，延长高温阀门的寿命。

擦伤问题。要是材料的互相作用力很小，由于受到外界的制约和影响，就非常容易发生擦伤的情况。比如管路体系里，阀座和阀芯经常会出现擦伤的情况，它们出现擦伤主要是由于大的粒子进入而导致的。此外，振动的相关冲击也可能出现很大的影响而发生擦伤，因此为降低在使用活动里的擦伤现象，需要对密封材料进行合理的选择，而且还要保证密封间里硬度的匹配控制在适当的范围内。

材料的机械性能。在高温的条件下，材料的机械性能主要有两方面的改变会发生，一是材料强度的改变，二是材料本身形状的改变。除此之外，材料的硬度也会随着温度的变化而在一定的范围内波动。但是，材料的硬度会对阀门密封面的性能指标以及阀门的密封性能，还关系到阀门的使用寿命。阀门的环境温度超過450摄氏度时，就应当考虑到在高温环境下，阀门零件在发生可恢复的弹性形变之外，还会导致材料蠕变性能变差，极易发生断裂。温度不发生改变是，应力大的蠕变的速度就打，盈利保持不变时，温度低的蠕变的速度也会减小。在同一种材料的前提下，应力和温度共同决定了蠕变的速度。

2高温阀门材料的选择

阀体材料的选择。高温工况和介质的腐蚀性都会对材料的选择造成一定的影响，由于使用环境大多处于高温环境，应当选择质量较好的碳素钢、耐高温合金钢、以及不锈钢等作为阀体的材料，也只有这样才能保证阀体在高温状态下仍然能够正常使用。

阀内件材料的选择。热膨胀系数应当被首先考虑，然后结合高温状况下运动部件的抗擦伤能力，二者结合实现对于阀内件材料的选择。阀内件母体材料大多选316不锈钢，以便于阀内件抗磨损性能的提高，以及气蚀性能的提高。阀内件材料的选择一定要结合实际的情况，选择出适合使用，满足相关要求的材料。如果想要保证高温阀门对结构材料的要求，就应该符合以下标准：硬度、冲击力、耐擦伤力。我们对阀体里面的材料做出选择的同时，应该将物质的热膨胀性作为一个重点。而且还应该考虑到高温环境下部件损坏的几率。阀体里面的材料经过锈钢制作，可以在表面上做到堆焊的处理，这样可以保证阀体耐磨和气蚀这些性质，可以让它们在高温环境下正常工作。在高温的环境下，出现的介质腐蚀一定会对材料选择产生很大的影响，因为是在高温的环境下使用，所以应该选择物质属性比较好的材料，例如碳素钢、耐高温合金钢、不锈钢等作为阀体的物质材料，这才可以确保阀体在高温环境下还能够正常工作。

壳体在壁厚方面的设计。做壳体的设计时应该考虑在具体使用时可能会发生的压力，而且应该把它设计为壳体耐压固定值，这样才能够保证有充分的耐压力，可以有效地将腐蚀减到最低的程度。中部的密封可以设计为强制伍德密封。它的原理是将法兰螺栓做好紧闭，使密封垫片使用压力产生压缩性的效果，然后在表面出现比较微小的缝隙。在中温小口径阀门的设计中，这样的强制性密封是很常用的。具体来说强制伍德密封是由以下部分组成：阀体、浮动阀盖、密封环等。我们在进行升压操作以前，应该对牵制的螺栓做好固定，将浮动的盖上移。这样做的目的是让阀盖以及弹性垫保持很好的密封能力。当介质对它施加压力，可以向上移动时，就能够对螺栓产生有效地牵制。阀盖和弹性垫的密封压力有着正向的联系，他们可以随压力的上升而加强，最后可以产生很好的密封作用。

高温螺栓做好连接的工作。因为螺栓需要在高温环境下做工作，因此应该考虑几个主要的问题：螺栓还有被连接的性能改变，力量的松弛，等等。针对以上问题我们可以做出下面的设计：第一，避免旋合的螺纹在高温环境下出现咬死的情况。第二，除了进行科学合理的选材，还应该将螺纹设计为粗牙螺纹，在适当的范围内加强半径的间隙。第三，钢螺栓一旦长期处于300℃，就会发生力相对松弛的情况。因此一定要保证剩余的预紧力要高出需求值，要检查联接的稳固性。间隙的配合要科学。阀杆，上密封座之间应该保证合理的间隙，在材料的热膨胀指数上应该保证后者大于前者，不然就容易发生磨损的问题。

3高温阀门内件的硬化处理

增强表面硬度和耐磨性。高温阀门内件常常因为温度过高，出现材料退火或是软化的情况，这种情况很容易造成阀内件表面擦伤。为了减少这种损伤，应当提高阀内件在高温环境下的硬度以及冲击强度，并适当增技巧其应对冲刷以及腐蚀的能力。可以在阀内件表面使用陶瓷或是合金，以增加阀内件表面的硬度和耐磨性能，保障阀内件可以在高温环境下发挥应有的作用，延长其使用寿命。

堆焊层厚度。要想实现高温阀门内件的硬化处理，还需要对堆焊层的厚度进行确认。通过相关实验，可以确定堆焊层的最适宜厚度应当在4毫米以上，这样的厚度可以更好地隔绝外界环境的高温，减少外界高温对内部材料的影响，保障阀门内件的使用寿命。

（作者单位：南方风机股份有限公司）