煤化工阀门材料表面硬化工艺研究
煤化工阀门磨损机理分析及维修方法
煤化工阀门磨损机理分析及维修方法摘要：随着能源、环境和效益等需求的不断提高，煤化工技术也在不断更新，近年来国内外煤气化技术得到不断推广，像壳牌、U-GAS技术、单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术、两段式加压气化技术、GE、SE、四喷嘴、多喷嘴等技术在国内的新起，对阀门使用提出了相当高的要求。
到目前为止气化专用阀在我们国内应用较多的是Argus阿克斯（德国）、burgmann博格曼（德国）、SHK上海开维喜（中国）、HS上海宏盛这四家的产品。
本文主要是对气化炉运行过程中阀门磨损进行研究。
关键词：球阀磨损修复一、引言兖州煤业榆林能化有限公司气化车间黑水、灰水工艺介质温度：100℃-240℃，固体含量：10～15% WT，阀门作用：介质隔离。
阀门因为各种条件的影响，在使用中多会出现泄漏、卡死及冲刷等现象，其中冲刷现象尤其严重。
调节角阀、煤浆切断球阀、锁渣阀、锁斗阀等关键性阀门选用国产化的同时。
维修成本也成为考虑的关键因素。
对此，该公司及阀门维修业务承接单位对阀门磨损问题进行了大量的探讨，现在就将部分阀门处理的举例说明。
二、阀门维修方案（一）调节角阀维修方案1、主阀体：主阀体经过除垢、清洗后发现阀体的通道有两处很深的冲蚀缺口。
维修方案：对缺口部位进行焊补，加工修复到测绘尺寸后通道喷涂WC。
2、副阀体：副阀体经过除垢、清洗后发现副阀体表面涂层剥落、生锈；流通冲蚀严重，多处冲刷较深沟槽。
维修方案：对阀体表面重新处理，对缺陷部位进行局部焊补，加工修复到测绘尺寸后通道喷涂WC。
3、球体：球体经过除垢、清洗后发现球体表面冲蚀特别严重，沟壑多处，无法修复。
维修方案：球体损坏严重，更换新球体。
4、阀杆：阀杆冲刷磨损拉伤严重，修复至原样有较大困难；维修方案：为保证阀门使用性能，更换新阀杆。
5、阀座：阀座经过除垢、清洗后发现阀座密封面有拉伤和冲蚀缺口，无法修复至原有形状尺寸；维修方案：为保证阀门密封的可靠性，补焊后重新车洗或更换新阀座。
常用阀门金属表面硬化处理方式
常用阀门金属表面硬化处理方式今天咱们来唠唠阀门金属表面硬化处理这个超有趣的事儿。
你想啊，阀门在各种工业设备和管道系统里可是个关键角色，它的金属表面要是不够硬，那可容易出问题呢。
所以呀，硬化处理就显得特别重要啦。
一、渗碳处理。
渗碳处理就像是给金属表面“喂”碳原子呢。
这个过程啊，通常是把阀门金属部件放在含有高碳活性介质的环境里，然后加热到一定温度。
为啥要这么做呢？因为碳原子在高温下就特别活跃，它们会慢慢地“钻”进金属表面的晶格里面。
就好比一群小蚂蚁，找到一个缝隙就使劲往里钻。
这样一来，金属表面的含碳量就增加啦，硬度也就跟着提高了。
二、氮化处理。
氮化处理也是个很厉害的家伙。
它是在一定温度下，把氮气或者含有氮元素的气体通入到阀门金属表面。
这个时候，氮原子就会和金属表面的原子发生反应，形成一层硬度很高的氮化物层。
这层氮化物就像是给阀门穿上了一层坚硬的铠甲。
氮化处理有个很大的优点哦，就是处理后的表面硬度高，而且耐磨性和耐腐蚀性都很不错。
不像有些处理方式，可能只提高了硬度，在耐腐蚀方面就差强人意了。
不过呢，氮化处理也有它的小脾气。
它的处理时间相对比较长，而且对设备的要求也比较高。
要是设备不给力，可能就做不出理想的氮化效果啦。
三、表面淬火。
表面淬火就像是给阀门金属表面来一场“局部强化训练”。
它的原理是利用快速加热，让金属表面迅速达到淬火温度，然后快速冷却。
这样呢，表面就会形成马氏体组织，马氏体可是个硬度很高的家伙哦。
而金属内部呢，由于加热和冷却的速度相对较慢，还保持着原来比较好的韧性。
比如说，感应加热表面淬火就很常用。
它是通过感应线圈产生的交变磁场，在阀门金属表面产生感应电流，从而迅速加热表面。
这种方式加热速度超级快，而且能够精确控制加热的深度和范围。
不过呢，表面淬火也需要操作人员有一定的经验。
要是加热和冷却的参数没掌握好，就可能会出现表面裂纹或者硬度不均匀的情况。
四、镀铬处理。
镀铬处理可是让阀门金属表面变得亮晶晶又硬邦邦的好办法。
金属硬密封球阀密封面硬化处理技术简述
金属硬密封球阀密封面硬化处理技术简述一、概述在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体、带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体等介质中，球阀需要选用金属硬密封的球阀，所以选用合适的金属硬密封球阀阀球和阀座的硬化工艺是十分重要的。
二、常用的硬化工艺主要有以下几种：（1）球体表面堆焊硬质合金，硬度可达30HRC以上，球体表面堆焊硬质合金工艺复杂，生产效率低，且大面积堆焊易使零件产生变形，目前对球体表面硬化的工艺使用较少。
（2）球体表面镀硬铬，硬度可达40～55HRC，厚度0.07～0.10mm，镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮，工艺相对简单，成本较低。
但硬铬镀层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度不能高于427℃。
另外镀铬层结合力低，镀层易发生脱落。
（3）球体表面采用等离子氮化，表面硬度可达50～55HRC，氮化层厚度0.20～0.40mm，等离子氮化处理硬化工艺由于耐腐蚀性较差，不能在化工强腐蚀等领域使用。
（4）球体表面超音速喷涂（HVOF）工艺，硬度最高可达60～70HRC，集合强度高，厚度0.3～0.4mm，超音速喷涂是球体表面硬化主要工艺手段。
在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体；带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体介质中大部分使用该硬化工艺。
超音速喷涂工艺是氧燃料燃烧产生高速气流加速粉末粒子撞击工件表面，形成致密表面涂层的一种工艺方法。
在撞击过程中，由于粒子的速度较快（500～750m/s）且粒子温度较低（-3000℃），因此撞击工件表面后，可以获得高结合强度、低空隙率、低氧化物含量的涂层。
HVOF的特点是合金粉末粒子速度超过音速，甚至是音速的2～3倍，气流速度是音速的4倍。
HVOF是一种新的加工工艺，喷涂厚度0.3～0.4mm，涂层与工件之间是机械结合，结合强度高（77MPa），涂层孔隙率低（＜1%）。
该工艺对工件加热温度低（＜93℃），工件不变形，可进行冷喷涂。
阀芯表面硬化工艺研究与应用
1 低温离子渗碳技术机理
低温离子渗碳是一种金属材料表面处理方法， 将工件放置于离子渗碳炉内 （见图 1），在渗碳气氛 中，在工件（阴极）和炉体（阳极）之间施加直流电压 使工件周围控件产生辉光放电。辉光放电电离含碳 还原性气体得到 C 离子，受其它粒子撞击后，C 脱离 出来成为活性碳。阴极表面溅射出的 Fe 原子与活性 碳原子化合形成 FexC 成为活性碳原子的载体，活性 炭的聚集使得工件机体和表面形成碳浓度差。在温
表 1 阀芯试样渗碳试验数据
时间/h 00:00 00:3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 01:00 01:30 02:00 02:30 04:30 06:30 08:30 10:30 12:00
温度/益 30 75 201 322 376 400 400 400 400 400 400
度压力作用下，高浓度的活性碳原子向低浓度的基 体内部逐渐扩散形成相渗碳层[2]。
图 1 离子热处理设备
低温渗碳技术是通过低温渗碳处理产生过饱和 的 C 原子溶体于奥氏体基体形成一种扩张奥氏体， 使原来的奥氏体面心立方晶格畸变成面心四方晶体 结构，使得工件的表面硬度显著提高。通常奥氏体不 锈钢低温离子渗碳处理一般在低于 500 益的温度下 进行。
[调节阀]-1：阀芯的硬化
![[调节阀]-1：阀芯的硬化](https://img.taocdn.com/s3/m/e1e8059570fe910ef12d2af90242a8956becaac9.png)
[调节阀]-1：阀芯的硬化阀内件直接接触介质，是受到介质冲刷和腐蚀影响最大的阀门部件，因此阀内件会受到不同程度的磨损，在苛刻工况下阀内件的磨损尤其严重。
磨损可分为颗粒磨损、气蚀磨损、腐蚀磨损以及冲击磨损等四大类，在阀门选型时需采取阀内件表面硬化处理的措施减少阀内件磨损。
硬化处理是指通过适当的方法使阀芯表层硬化而内部仍然具有强韧性的方法，可提高其耐磨性、耐疲劳性。
哪些场合需要发现做硬化处理呢？我们从规范中去寻找：HG/T 20507-2014 自动化仪表选型设计规范•§11.4.6§: 对于流速大、冲刷严重的情况，控制阀阀体材质应选用耐磨材料。
•§11.4.7§: 出现闪蒸、高压差和含有颗粒的流体场合，应采用加硬材质的阀内件或阀芯、阀座表面进行硬化处理。
需要注意的是，有时根据常温、常压差来判断可以不做硬化处理，但是如果阀门长期处于苛刻环境下工作或者阀座要求精度高、泄漏小也应考虑硬化处理。
SH/T 3005-2016 石油化工自动化仪表选型设计规范•§10.1.8_c§:在闪蒸，空化或严重冲刷的场合和高温高压的场合，选用表面堆焊硬质合金等耐磨材料GB/T 50892-2013 油气田及管道工程仪表控制系统设计规范§5.8.20.2§•闪蒸、空化或严重汽蚀介质的场合，阀内件表面应进行硬化处理；•流体温度不小于300℃、阀两端压差不小于1.5MPa的场合，阀内件表面应进行硬化处理；•流体中含有固体颗粒的场合，阀内件表面应进行硬化处理；•流速大或冲刷严重时应选用耐磨材料。
API RP 553-2012 Refinery Control Valves•§4.2.1.2§: High pressure steam, flashing water applications,and boiler feed water service where differential pressures exceed 14 bar(200psi) may require harder, chrome-molybdenum alloys.阀芯硬化的方法：•正火、退火、淬火、回火、固溶热处理和时效处理等；•堆焊合金钢•表面硬化处理方法有渗碳、氮化、镀铬、超音速喷涂、喷焊等•超音速火焰喷涂（HVOF）工艺•喷焊。
阀门常用材料与表面硬化处理
设计标准美国标准ASME 美国机械工程师协会ANSI 美国国家标准协会API 美国石油协会MSS SP 美国阀门和管件制造厂标准化协会英国标准BS日本工业标准JIS/JPI德国国家标准DIN法国国家标准NF通用阀门标准：ASME B16.34 法兰端、对接焊端和螺纹端阀门闸阀标准:API 600/ISO 10434 石油、天然气螺栓连接钢制闸阀BS 1414 石油、石化及炼油工业钢制闸阀API 603 150LB耐蚀法兰端铸造闸阀GB/T 12234 法兰和对焊连接钢制闸阀DIN 3352 闸阀SHELL SPE 77/103 按ISO10434钢制闸阀截止阀标准:BS 1873 钢制截止阀和截止止回阀GB/T 12235 法兰和对焊连接钢制截止阀和截止止回阀DIN 3356 截止阀SHELL SPE 77/103 按BS1873钢制截止阀止回阀标准:BS 1868 钢制止回阀API 594 对夹和双法兰止回阀GB/T 12236 钢制旋启式止回阀SHELL SPE 77/104 按BS1868钢制止回阀球阀标准:API 6D/ISO 14313 管线阀门API 608 法兰、螺纹和对焊端钢制球阀ISO 17292 石油、石化及炼油工业钢制球阀BS 5351 钢制球阀GB/T 12237 法兰和对焊连接钢制球阀DIN 3357 球阀SHELL SPE 77/100 按BS5351球阀SHELL SPE 77/130 按ISO14313法兰端和对焊端球阀蝶阀标准:API 609 对夹式、支耳式和双法兰蝶阀MSS SP-67 蝶阀MSS SP-68 高压偏心蝶阀ISO 17292 石油、石化及炼油工业钢制球阀GB/T 12238 法兰和对夹连接蝶阀JB/T 8527 金属密封蝶阀SHELL SPE 77/106 按 API608/EN593/MSS SP67 软密封蝶阀SHELL SPE 77/134 按 API608/EN593/MSS SP67/68 偏心蝶阀锻钢阀标准:API 602 法兰端、螺纹端、焊接端和加长阀体连接端紧凑型闸阀BS 5352/ISO15761 50mm及以下钢制闸阀、截止阀和止回阀SHELL SPE 77/101 按ISO15761钢制闸阀、截止阀和止回阀低温阀标准:BS 6364 低温阀门SHELL SPE 77/200 -50℃以下阀门SHELL SPE 77/209 0 ~ -50℃阀门API、DIN、BS、GB结构比较:API 600和BS1414、BS1873、BS1868、BS5351对阀门的结构规定最为详细DIN 闸阀标准EN1984对结构未做具体的规定新版的GB/T12234基于对API600标准的等效采用阀门常用连接端形式FF ——— Flat Face 平面法兰连接（150LB常用）RF ——— Raised Face凸面法兰连接RTJ ——— Ring Joint榫槽式连接（梯形槽）SW ——— Socket welding承插式连接NPT ——— NPT螺纹连接WAFER ——对夹式连接BW长型—— Butt-Welding 对焊端长型连接BW短型—— Butt-Welding 对焊端短型连接DIN标准现采用EN标准结构长度EN 558-1 PN法兰连接阀门结构长度（代替DIN 3202)，EN 558-2 CLASS 法兰连接阀门结构长度（代替BS2080)，EN 12982 对焊端阀门结构长度（代替DIN 3202) ，DIN标准的结构长度包含API阀门的结构长度与GB的结构长度基本一致EN 558-2 CLASS法兰连接阀门结构长度与ASME B16.10一致，大多数DIN 阀门用户习惯用DIN3202 中F系列结构长度值如:Gate ：PN16-25---- F5 series PN40-100----F7 seriesGlobe ：PN10-40----F1 series PN63-160----F2 seriesCheck ：PN10-40----F1 series PN63-160----F2 seriesBall ：PN10-40 DN10-100----F4 series DN125-300----F5 series阀门连接端标准ASME B16.10 阀门的结构长度ASME B16.5 钢制法兰和带法兰的管件ASME B16.47 大直径钢制法兰MSS SP-44 钢制管线法兰API 605 紧凑型法兰ASME B16.25 对焊端部ASME B16.11 承插和螺纹端锻造管件ASME B36.10 焊接和无缝钢管法兰比较：老版的DIN标准法兰采用DIN2501标准（PN法兰），新版的DIN标准采用EN1092-1 PN法兰，但也可包含有CLASS法兰。
阀门表面硬化处理
综合比较与选用
1. 表面硬化处理的目的
1. 提高工件的耐磨性能
2.提高工件的耐腐蚀性能
3.提高工件的耐高温性能 4.提高／改变工件表面硬度，形成硬度差，防咬死。 常规情况下，球体与阀座的硬度哪个大？为什么？ 硬度差差值为多少？ 普通钢材的洛氏硬度为多少?
常规情况下，球体与阀座的硬度哪个大？为什么？
硬度差差值为多少？
5HRC 20钢材的洛氏硬度为多少? 132HB
38-44HRC
球阀是工业管路应用最多的阀门种类之一，其开关灵活方便，密封
可靠，流通能力大，流阻小，压降低。可以用于气体，液体，含有 固体颗粒的介质混合液。软密封球阀由于阀座采用聚四氟乙烯 (PTFE)，对位聚苯PPL等塑料，对介质的温度和压力都有所限制，不 能用于高温高压的工况。 现代工业生产装置都是向高温高压方向发展，尤其在石油，煤化 工，化肥，电站等行业，对球阀提出更高的要求，金属硬密封耐磨 球阀的出现可以满足上述要求。硬密封球阀主要是阀座采用金属材 料，并对阀座和球体表面进行耐磨硬化处理。有表面镀硬铬，表面 渗氮处理，表面对焊司太立(Stillite)钴基硬质合金等方法。随着表面 处理技术的发展，近年来出现超音速火焰喷涂（HVOF），镍基合 金热喷涂技术，激光熔覆技术等新技术。
2.表面硬化的定义与分类
定义：通过特殊工艺高工件表面硬度。
根据其工艺原理，分为： 1.通过改变工件基质物理结构方式，主要是淬火，锻造等方法。 2.通过化学方法例如滲氮，滲碳等。 3.高温熔融覆层法。
2.1 淬火／锻打
2.1.1 淬火
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）
2.3.2 镍基合金热喷涂是目前在金属硬密封球阀上成功应用的一种密
煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析
煤化工金属硬密封球阀有限元分析及结构优化设计分析摘要：文章结合煤化工的基本情况，对煤化工金属硬密球阀的有限元分析展开研究，在有限元分析之后，实现对结构的优化设计，提高煤化工金属硬密球阀的服务能力，使之满足相应工业生产的需求，推动煤化工行业的稳定健康发展。
关键词：煤化工；金属硬密球阀；有限元分析；结构优化设计在煤化工行业发展中，为了满足煤化工的发展需求，要对煤化工工作中的相应器件进行控制，其中金属硬密球阀是煤化工工艺中的重要器具，为了提高金属硬密球阀的功能，要对其展开有限元分析，经过分析后，对结构优化设计进行分析，提高煤化工金属硬密封球阀的功能和作用，推动煤化工行业的健康发展。
基于此，文章以煤化工金属硬密封球阀为研究对象，对其的有限元分析进行研究，再对结构优化设计进行分析，提高其的服务能力，促使煤化工的相关工作能顺利进行。
1.煤化工金属硬密封球阀的相关研究金属硬密封球阀在煤化工工艺中，具有较高的应用价值，其可以用在介质在油、气、水的基础上，再增加煤粉、煤渣、渣浆等高粘性和高硬度的固体颗粒中。
在工作时，可用于煤气化的装置中。
而且其还可以用于此类介质球阀使用一段时间后，比较容易出现卡顿或是开关不到位的情况，甚至还会有内漏的问题，直接影响金属硬密封球阀的功能和作用。
甚至还会有执行器的持续输出能给球阀整体的操作带来影响，导致破坏的情况发生，甚至会影响球阀的功能。
在金属硬密封球阀工作中，可能会受到一些因素的影响，导致金属硬密封球阀的工作受到影响。
1）内漏。
内漏是金属硬密封球阀常见的问题，其主要是因为工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料等因素，都可能引起内漏的情况发生。
如果副涂层的选取不合理，也可能导致开关过程中，密封面之间出现严重拉伤的情况。
另外，如果上下游相对压差相对较大，就可能导致流通间隙相对较小，流速相对较快的，会导致球阀开关出现频率不断增加的情况，引起球阀内漏的情况出现。
2）卡顿和开关不到位。
这种情况，主要是因为密封面拉伤、固体颗粒介质在阀腔内堆积，还可能因为相关部件的设计不合理，也就影响金属硬密封球阀的服务作用。