周平平

摘  要：阀门是流体控制活动中必不可少的基础装置，在整个流体控制过程中起到了至关重要的作用。在新时代科技水平不断提升的背景下，各行业领域均取得了创新性地突破和发展，对高温阀门的需求也逐渐趋于多元化。基于此，从高温阀门材料的选择和结构优化方面着手，通过分析高温阀门设计的有关技术，研究高温阀门设计方法，旨在为行业相关工作人员提供理论方面的参考依据，全面保障高温阀门设计的质量以及为推进特殊领域高温阀国产化的进程提供横向参考。

关键词：高温;阀门设计;有关技术

引言

随着我国现代发展进程的不断加快，我国各个领域都迎来了新的发展机遇和挑战，尤其对于新能源开发及化学工业，等静压处理，粉末冶金等行业而言，其对高温阀门（介质温度450℃以上）的需求量呈现出显著增长趋势，对高温阀门的设计也提出了更严格的要求。在此背景下，相关行业工作人员对高温阀门的设计予以高度重视，其设计重心也逐渐转变为满足行业发展需求、保证阀门运行安全等方面，并充分利用先进的信息技术手段不断研发高温阀门技术，为高温阀门设计领域的发展提供了有力的技术支持。

1 高温阀门材料的选择

对于高温阀门材料的选择，具体可从以下三方面着手：

1.1选择阀体材料

通常情况，高温工况下介质特性和管线压力对材料的抗腐蚀性和应力水平会有更加苛刻的并行需求，从而对材料的选择造成多层次的限定约束性。而阀门的使用均在高温工况下，因此在挑选阀体材料时，应尽可能根据介质成分择优选取理化性能优良、力学性能稳定的耐热合金钢、高铬镍碳奥氏体耐热钢、以及耐热钢加耐火材料相结合的方式等作为阀门基础材料。合适的材料可以保证阀门处于高温环境下的运行稳定性和延长使用寿命等特点，为高温管线的正常运行提供良好的前提保障。

1.2选择阀内件材料

对于阀内件材料而言，在选取过程中必须充分考虑阀门的运行频率，介质粘度以及温度范围变化和最高设计温度时的膨胀率，确保阀内部件在高温工况下相互之间的和谐共处，各自能够稳定可靠的提供相应的功能作用，避免咬合、挤压和被迫摩擦，从而科学挑选具有针对性的阀内件材料。通常来讲，阀内件材料在选择时要考虑各项性能优于阀体材料，以保证阀的稳定性和可靠性。目前市面上常用的阀内件材料诸多，可供选择范围较广，科学有效的结合使用环境选择相应材料，可以显著提高阀内件的使用寿命。

1.3选择密封部位材料

高温密封材料优先考虑其热膨胀率与周边所使用的材料接近，这样可避免其产生额外应力，防止密封材料的松弛和非正常流失。密封面选择具有合适硬度差的材料，避免相互擦伤情况出现，将易更换件设置在低硬度侧，便于点检保养及降低维护成本。密封材料在高温下的抗氧化，抗疲劳和热循环性能也要需要充分考虑，其作为核心部件，直接关乎整台设备的运行性能，所以更加需要慎重选择。

在开展高温阀门设计工作时，应结合实际情况科学挑选适合的材料，确保材料在实际使用过程中可完全胜任高温工况，并能有效延长阀门的使用寿命，使其保养周期长于管线其他功能设备，从而降低工程企业的周期成本。阀门在实际工作过程中，高温因素会造成直接的影响，因此相关工作人员在设计高温阀门时，除了考虑阀门本身的使用温度，还必须充分考虑阀门外围的环境温度变化对阀体材料的影响，以及阀门所处管线的装配位置对阀体刚性的影响。

2 高温阀门设计的有关技术

2.1 热膨胀量

造成热膨胀量存在明显差异的主要原因普遍与阀门零部件承受的热载、材料热膨胀系数有关，即使相同材料的不同部件，相同条件加热时，热膨胀量也有所不同。然而为了达到理想的密封效果，阀芯内部零件多数采用不同材料，使得热膨胀量各不相同，甚至差异较大。因此在设计高温阀门时，必须充分考虑以上因素造成的影响。消除热膨胀量所带来的影响，通常采用加大阀内零件配合间隙来实现，此时需注意避免盲目加大空隙范围，而是科学的根据材料的热膨胀特性来确定合理的公差间隙，有针对性的调整，从而满足热膨胀所需的空间范围，避免卡死及过度摩擦现象。并且在实践过程中，应该使得高温流体能平缓流经温度相对较低的阀门，避免阀芯溫度在短时间内急剧变化而快速膨胀，使其逐渐与管线流体温度相适应，达到逐渐变化的过程。

2.2 热交变

阀门零部件在交互作用下，极易受到介质热变性带来的各种影响。例如，若介质热变性发生改变，导向套和阀座之间的节点很可能发生松动现象，在一定程度上弱化了原有的密封效果。基于此，在高温阀门设计过程中，应积极将支撑件和阀座之间的节点部位进行焊接，科学选择缝焊或点焊的方式保证阀门的密封性。与此同时，对于大口径阀门的阀座，还应尽可能选择堆焊的方式进行表面硬化处理，有效避免阀门部件和介质之间产生碰撞与摩擦，甚至在交变应力的影响下形成一定的疲劳性，失去阀门应有的作用和价值。另外，在高温阀门设计过程中，还应充分考虑热交变因素以及弹性阀座结构的选择，从源头上避免高温阀门在设计过程中受到的热交变影响，最大限度地延长阀门的使用寿命。

2.3 擦伤问题的处理

阀门在实际工作过程中，极易受到各种外界影响因素干扰。同时，若阀门材料的相互作用不合理，还可能伴随着各种严重的擦伤问题。例如，在管路系统运行过程中，时常发生阀芯和阀座相互摩擦等问题，究其根本原因在于其中混入了大量硬粒子，并且在振动冲击过程中也会产生不利影响，从而造成阀芯和阀座擦伤。因此，为解决阀门部件在运行过程中可能出现的擦伤问题，必须选择适合的密封副材料，充分考虑材料硬度和强度之间的适应性，尽可能在合理的适应范围内有效降低部件的擦伤机率。

2.4 有效控制材料机械性能

在高温条件下，材料的机械性能通常会发现以下两方面的变化：第一，强度改变。第二，本身形状改变（蠕变现象）。与此同时，在特定范围下，若温度发生明显变化，相关材料的硬度也会随之改变。但实际上材料硬度将会直接影响阀门的密封性，更严重还会损坏阀门最终的使用寿命。一旦阀门温度高于450℃，不但需要充分考虑阀门零部件可能发生的弹性形变问题，还需要注重其他可能发生的变化情况。例如，材料蠕变性急剧降低，最终发生严重的断裂现象。若阀门温度保持不变，在应力加大的前提下，蠕变的速率也会随之增加;若应力保持不变，温度降低时的蠕变速率将会随之减小。因此，在相同材料的作用下，温度和应力将会对蠕变速率造成不同程度的影响。

2.5必要的散热及降温措施

持续高温的条件下，将对阀门主体材料的机械性能和使用寿命产生极大的影响。必要时可额外设置散热板增加热源与外界的接触面积，作为降温措施保护阀门。如有必要，在条件允许的情况下，对阀门（包括管道）进行直接的物理干预，增设阀门的降温夹套，在阀体外周形成另外的低温循环系统，降低阀门外表面温度，从而达到保护阀门的目的，延长其使用寿命。

3 高温阀门设计方法

3.1 壳体壁厚设计

对于高温阀门的设计，主要分为四个基本步骤：首先，设计阀门壳体。其次，优化中部密封结构。再次，设计密封副结果。最后，将高温螺栓进行有效连接。对高温阀门的壳体进行设计时，相关工作人员还应基于长远角度充分考虑阀门在实际运转过程中，可能承受的最大压力值，以及特殊情况下出现的短暂超频现象，并将阀门最大的压力值设计为壳体耐压额定值，参评工程数据预留超频现象下的安全系数，全面保障壳体设计的科学性和合理性。

3.2 中部密封结构设计

对高温阀门的中部密封结构进行设计时，通常需要考虑自密封和强制密封两方面的内容。对于自密封的设计，具体可从阀体、支承环、开环、密封垫、浮动盖、密封盖等方面着手进行设计。在压力增加前，相关工作人员应预紧螺栓，并将浮动盖上移，保证阀盖和楔形之间可产生良好的密封力。对密封件施加压力时，阀盖通常会向上移动，在此过程中密封力还会随着压力的增加而变化，从而达到良好的密封效果。与此同时，对强制密封结构进行设计时，应提前拧紧法兰螺栓，使得密封垫具有足够的预紧力，确保垫片预紧具有良好的压缩性，最后还需考虑高温工况下膨胀填充密封结构之间的预留缝隙。

3.3 密封副设计

在阀体和密封件连接部位应有效提高密封结构的稳定性，通过处理堆焊硬质合金使其达到相关要求。在此基础上，科学设计密封环，可有效保证阀门的使用性能，而相关工作人员可以充分利用外圆柱面加工的方式，提前保留环状沟槽，并将不锈耐酸钢作为内表面材料，为日后密封槽的使用奠定良好基础。其中对于浮动阀盖堆面角度的设计应控制在成28°左右，并使其与密封环存有合理的角度偏差，确保阀盖密封面与密封环之间保持良好的接触关系，在一程度上避免密封环发生泄漏。除此之外，密封环在实际工作过程中，还应确保其表面硬度低于阀体同阀盖产生的接触面硬度，从而达到密封环强度、塑性变形的基本要求。

结语

在工业化发展进程中，社会各行业领域对高温阀门的需求与日俱增，在高温阀门技术的应用方面也提出了更高的要求。因此，相关工作人员应在现有技术的基础上，积极创新与研发高效的高温阀门技术，从整体上提高高温阀门的设计质量，确保高温阀门在实际工作过程中可发挥出良好的密封效果，在一定程度上降低热交变、擦伤等问题对高温阀门质量造成的影响，进一步延长高温阀门的使用寿命，从而为现代化企业带来可观的经济效益。

参考文献

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