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耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)選擇
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之前介紹化工裝置調(diào)節(jié)閥故障維護(hù)，現(xiàn)在介紹耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)該高溫硝酸自力式調(diào)節(jié)閥依靠流經(jīng)閥內(nèi)介質(zhì)自身的壓力、溫度作為能源驅(qū)動閥門自動工作，不需要外接電源和二次儀表。又稱自力式控制閥。硝酸大體以其共沸濃度為分界線,低于68%成為稀硝酸,高于68%稱為濃硝酸,兩者腐蝕機(jī)理不同,耐蝕材料各異.高溫硝酸自力式調(diào)節(jié)閥無需外加能源，能在無電無氣的場所工作，既方便又節(jié)約了能源。壓力分段范圍細(xì)且互相交叉，調(diào)節(jié)精度高。壓力設(shè)定值在運行期間可連續(xù)設(shè)定。對閥后壓力調(diào)節(jié)，閥前壓力與閥后壓力之比可為10：1～10：8。橡膠膜片式檢測，執(zhí)行機(jī)構(gòu)測精度高、動作靈敏。采用壓力平衡機(jī)構(gòu)，使調(diào)節(jié)閥反應(yīng)靈敏、控制。 硝酸是強(qiáng)酸,又是強(qiáng)氧化劑,這主要由于HNO3分子分解放出了[O]和HNO3分子在溶液中電離出的H+,它們都能得到電子的緣故,而HNO3分子的氧化性強(qiáng)弱則決定于放出[O]的速率.濃硝酸中HNO3分子數(shù)目多,放出[O]的速率大,則氧化性強(qiáng);稀硝酸在加熱后也提高了放[O]速率,同樣增強(qiáng)了氧化性;而硝酸鹽在溶液中不分解放出[O],也不電離出H+,所以硝酸鹽溶液沒有氧化性[1].
1、耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)硝酸與不活潑金屬的反應(yīng)機(jī)理
以硝酸與銅反應(yīng)為例.銅與濃硝酸在加熱或通入NO2時反應(yīng)才能迅速發(fā)生,主要放出NO2氣體;而銅與熱的稀硝酸反應(yīng)主要放出NO氣體.
耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)在硝酸與銅的反應(yīng)中,不論硝酸的濃度如何,首先都是發(fā)生了硝酸分子的分解反應(yīng),放出了新生態(tài)的氧原子[O].由于新生態(tài)的氧原子的氧化能力*,它很容易將銅氧化成CuO,CuO又立即與過量的HNO3反應(yīng)生成Cu(NO3)2,在A反應(yīng)中生成的HNO2由于不穩(wěn)定,特別是在酸性或加熱條件下更是如此,又會迅速分解生成NO.
稀硝酸中由于HNO3分子的濃度很低,當(dāng)生成的NO在溶液中達(dá)到飽和后大部分能從溶液中逸出來,而在濃硝酸中,生成的NO既可與新生態(tài)的氧原子作用生成NO2,又可與大量存在的HNO3分子作用而生成NO2,NO2在溶液中達(dá)到飽和后也逸放出來.因此硝酸濃度越高,生成NO2的可能性越大,放出NO的機(jī)會就越小.
2、耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)硝酸與活潑金屬的反應(yīng)機(jī)理
硝酸與活潑金屬反應(yīng)時,濃HNO3溶液中電離出的大量H+,及稀硝酸中較多的H2或原子態(tài)[H]都具有較強(qiáng)的氧化作用,會連續(xù)的將HNO3分子中氧化態(tài)的N元素還原成一系列的低價氧化物.
耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)耐硝酸腐蝕的材料有哪些？
一般金屬在硝酸中都會被迅速腐蝕破壞,能夠有效地抵抗硝酸的材料只有不銹鋼、高硅鐵、鋁、高合金不銹鋼、鎳鉻合金、鎳鉬鉻合金、鉭、鈦、金、鉑等.工業(yè)上應(yīng)用較多的金屬只有不銹鋼、鋁、高硅鐵等少數(shù)幾種,其余鋼種因為價格昂貴,應(yīng)用較少.
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耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)耐蝕不銹鋼零件
1、耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)不銹鋼
各種牌號的鉻和鉻鎳不銹鋼對硝酸都有優(yōu)良的耐蝕性.對70%以下的稀硝酸,適用溫度可到沸點上下.濃度更高的酸,常溫下還是適用,但超過50℃則腐蝕很快,特別是90~99%的高濃酸,一般不銹鋼只用于常溫的濃硝酸.
盡管不銹鋼在硝酸中的耐蝕性較好,但并不代表不發(fā)生腐蝕,只是平均腐蝕速率很低,而且仍然存在晶間腐蝕的危險.當(dāng)普通的鉻鋼或鉻鎳鋼在500~900℃之間加熱,或在較低溫度長時間加熱,晶粒邊緣的鉻和碳將結(jié)合成碳化物,從固溶體中析出,造成晶界貧鉻,貧鉻區(qū)抵抗硝酸腐蝕的能力大大降低,zui終引起晶間腐蝕,使強(qiáng)度下降.不銹鋼設(shè)備的焊縫附近、熱影響區(qū)和其他經(jīng)常受熱的部件是zui容易產(chǎn)生晶間腐蝕的區(qū)域,zui簡單的方式是采用含鈦或鈮的鉻鎳不銹鋼,條件允許時還可采用固溶淬火的熱處理方法.
耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì) 各類不銹鋼如何選擇,除了根據(jù)當(dāng)時的使用工況考慮外,通常根據(jù)材料本身的組成決定,在稀硝酸中,不銹鋼的主要鈍化元素是鉻,并隨其含量的提高,耐蝕性明顯改善,在濃硝酸中,主要鈍化元素已不再是鉻而是硅,并隨著氧化性的提高必須相應(yīng)提高鋼中硅元素的含量.
耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)硝酸級不銹鋼主要指C≤0.015%,Si≤0.10%,Mo≤0.2%的00Cr19Ni11和C≤0.00%,Si≤0.20%,Mo≤0.2%的00Cr25Ni20,在≤65%的稀硝酸中,他們不僅耐敏化態(tài)晶間腐蝕的性能顯著提高,而且耐一般腐蝕的性能也有顯著改善.隨硝酸濃度的增加,特別是當(dāng)濃度在共沸濃度68.4%以上時,一般18-8型不銹鋼已不能滿足要求,當(dāng)濃度≤85%時,通常可選用Cr25Ni20型不銹鋼,但濃度再高,由于硝酸的過氧化作用和僅含Cr的不銹鋼本身的過鈍化,18-8鋼和Cr25Ni20型不銹鋼均會受到嚴(yán)重腐蝕.因此高硅的Cr-Ni不銹鋼(如00Cr14Ni14Si4、00Cr20Ni24Si4Ti、1Cr17Ni11Si4A1Ti等)常用于溫度≤80℃以下的濃硝酸和發(fā)煙硝酸中,若溫度再高,則需要選含Si量達(dá)6%的不銹鋼,如00Cr17Ni17Si6.另外,由于鉬元素容易過鈍化,不能形成完整、致密的鈍化膜,局部腐蝕嚴(yán)重[3],因此,含鉬的不銹鋼(如316)對硝酸的耐蝕性不僅不優(yōu)于普通不銹鋼,有時還差些.
耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì) C4鋼(00Cr14Ni14Si4)是一種高硅超低碳理想型耐硝酸奧氏體不銹鋼,宜在中、低溫(≤50℃)、硝酸濃度≥98%的濃硝酸中使用.與高純鋁、高硅鐵及普通不銹鋼相比,具有以下特點:
(1)焊后無刀口腐蝕,且具有較好的抗小孔腐蝕能力和優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕能力;
(2)C4鋼塑韌性好,增加了安全可靠性,避免了工業(yè)純鈦在發(fā)煙硝酸中發(fā)火、爆炸的危險;
(3)C4鋼遠(yuǎn)勝于高純鋁的耐腐蝕性能,且具有高硅鐵無法與之比擬的機(jī)械性能,其焊接接頭具有與母材相當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能和耐腐蝕性.
近年來,我國也在硝酸生產(chǎn)用特殊不銹鋼鋼方面做了努力探索.在"全國濃硝酸協(xié)作組"努力下,以C系列鋼為基礎(chǔ),已初步形成KY系列鋼,如耐稀硝酸的不銹鋼KY701(00Cr19Ni13)和KY703(00Cr25Ni20Nb)、兼耐濃稀硝酸的奧氏體不銹鋼KY704(00Cr16Ni14Si4)和KY706(00Cr19Ni21Si5),其中KY704、KY795已經(jīng)分別制成濃硝酸的核心設(shè)備濃縮塔和濃硝冷凝管線,并用于實際生產(chǎn).
2、耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)鋁和鋁合金
鋁和鋁合金在硝酸中的行為與鋼在硫酸中的行為類似,都不耐稀酸,但是耐濃酸.
鋁在80% 以下的稀硝酸中迅速腐蝕,在80% 以上的濃硝酸和發(fā)煙硝酸中,常溫下有良好的耐蝕性.在較稀的酸中,不銹鋼優(yōu)于鋁,在稍高于室溫的濃酸中,鋁優(yōu)于不銹鋼[5].鋁在室溫濃酸中的腐蝕速率小于0.1mm/年.
鋁和鋁合金在中等濃度的硝酸中腐蝕zui嚴(yán)重,硝酸濃度為20~30%時,腐蝕速率zui大值(3~4mm/年).0.5%以下的稀酸對鋁和鋁合金(除鋁鎂合金外)腐蝕很輕微.
3、耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)高硅鐵
高硅鐵耐一切濃度和溫度達(dá)沸點的硝酸和發(fā)煙硝酸,隨著溫度的升高,耐蝕性變化也很小.45%以上的濃酸,溫度到沸點,它的腐蝕速率幾乎為零[6].稀酸對它有微小的腐蝕,因為不銹鋼不耐熱而濃的硝酸,因而在高溫、高濃度和存在腐蝕磨損的嚴(yán)酷條件下,大量使用高硅鐵的設(shè)備,如泵、閥、管和管件、冷凝器等.另外,它的價格比不銹鋼和其他耐硝酸材料都低得多,這也是其優(yōu)點之一.
4、耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)鎳及鎳基合金
鎳、鎳銅合金、鎳鉬合金與銅相似,除了極稀的硝酸以外,在一切濃度的硝酸中都腐蝕嚴(yán)重.鎳鉻鐵合金(Inconel系列)和鎳鉻鐵鉬合金(哈氏合金C、F)含有較多的鎳,所以具有較好的耐硝酸性能.Inconel系列特別適用于室溫下20~60%和低于3%的硝酸,也適用于常溫下的發(fā)煙硝酸[7-8].哈氏合金C耐一切濃度的硝酸,但價格太高,用途有限.
5、耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)鈦及鈦合金
鈦及鈦合金對一切濃度的硝酸有良好的耐蝕性,適用溫度可達(dá)沸點以上,如對10~20%的硝酸能耐至200℃,30~100%的硝酸能耐至150℃,在180℃、65%酸中腐蝕速率<0.15mm/年.
鈦對紅發(fā)煙硝酸的耐蝕性非常好,后者是用作火箭和宇宙飛船燃料系統(tǒng)的氧化劑,但是鈦在干燥的紅發(fā)煙硝酸中有自然傾向,會引起爆炸,當(dāng)酸中水含量低于1.5%,NO2含量高于2.5%時,一般不宜使用鈦[9-10].另外,在白發(fā)煙硝酸中也不宜使用鈦.
6、耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)鋯及鋯合金
鋯及高合金對70%以下的稀酸可耐至260℃,對80~100%的濃酸,也可耐至100℃,同樣也耐發(fā)煙硝酸[11],但鋯及鋯合金的價格比鈦更高,限制了它的用途.
硝酸腐蝕防護(hù)很重要！
(1)在硝酸生產(chǎn)和使用過程中,材料腐蝕問題十分突出,直接影響裝置的安全運行.因此,耐蝕材料的合理選擇和正確使用非常重要.
(2)耐蝕材料的選擇要根據(jù)使用工況(溫度、濃度)和材料性能綜合考慮.
高溫硝酸自力式調(diào)節(jié)閥
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)主要技術(shù)參數(shù)
公稱通徑：DN15～250mm
公稱壓力：PN1.6、2.5、4.0、6.4MPa
法蘭標(biāo)準(zhǔn)：ANSI、JIS、DIN、GB、JB (特殊可按用戶提供)
連接形式：法蘭(FF RF RTJ)、焊接(SW BW)、螺紋(適用于1″以內(nèi))
閥蓋形式：標(biāo)準(zhǔn)型-17～+450℃
壓蓋型式：螺栓壓緊式
密封填料：V型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉紡織填料、石墨填料
閥芯形式：單座、套筒型閥芯
流量特性：線性
有效面積（cm）：32※ 80 250 630
壓力設(shè)定范圍（MPa）：0.8～1.6 0.1～0.6 0.015～0.15 0.005～0.035 0.3～1.2 0.05～0.3 0.01～0.07
保證壓力閥正常工作的zui小壓差△Pmin（MPa） ：≥0.05 ≥0.04 ≥0.01 ≥0.005
允許上下膜室之間zui大壓差（MPa）：2.0 1.25 0.4 0.15
材料 膜蓋：鋼板鍍鋅； 膜片：EPDM或FKM夾纖維
控制管線、接頭 銅管或鋼管10×1； 卡套式接頭：R1/4"
注：※該有效面積所對應(yīng)的壓力設(shè)定范圍不適用于DN150-250。
耐高溫腐蝕自力式調(diào)節(jié)閥材質(zhì)安裝重點
1、閥在氣體或低粘度液體介質(zhì)中使用時，通常ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥為直立安裝在水平管上，當(dāng)位置空間不允許時才倒裝或斜裝。
2、為便于現(xiàn)場維修及操作，調(diào)壓閥四周應(yīng)留有適當(dāng)空間。
3、當(dāng)介質(zhì)為潔凈氣體或液體時，閥前過濾器可不安裝。
4、調(diào)壓閥通徑過大(DN≥100 時)，應(yīng)有固定支架當(dāng)確認(rèn)介質(zhì)很潔凈時，件3可不安裝。
5、位置實在不允許時，旁通閥(手動)可以省略(我們不推薦) 。
6、閥組后根據(jù)需要用戶可選配止回閥、安全閥等。
7、閥在蒸汽或高粘度液體介質(zhì)中使用時，通常ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥為倒立安裝在水平管上，冷凝器(蒸汽用自力式)應(yīng)高于調(diào)壓閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而低于閥前后接管。使用前冷凝器應(yīng)灌滿冷水，以后約 3個月灌水一次。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：加長桿蝶閥安裝注意事項
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