Welche erosionsbeständigen Materialien werden für Hochdruck-Absperrventile verwendet?

Warum Erosionsbeständigkeit bei Hochdruck-Absperrventilen wichtig ist

Kugelventile dienen der Drosselung. Drosselung bedeutet eine hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeit über Sitz und Scheibe, und wenn der Mischung Druckabfall, Gratbildung, Kavitation oder mitgerissener Sand hinzugefügt werden, erodieren die Dichtflächen schnell. Ein Ventil, das nach ein paar Monaten Betrieb anfängt, über den Sitz hinaus zu lecken, ist selten ein Konstruktionsfehler -, es handelt sich fast immer um ein Material--Auswahlproblem.

Drei Dinge bestimmen die meisten wesentlichen Entscheidungen:

Die Härte widersteht Abrieb, jedoch nicht Korrosion.Ein gepanzerter Sitz, der nicht zur Medienchemie passt, wird trotzdem - versagen, normalerweise durch Lochfraß oder galvanischen Angriff.

Die Erosion konzentriert sich dort, wo die Strömung am stärksten wirkt- der Sitzring, die Scheibenfläche und der Schaft, wo er durch die Packung verläuft.

Die Temperatur verändert alles.Karbide und Nitride verlieren ihre Schärfe, wenn die Betriebstemperatur steigt, und einige Legierungen, wie Duplex-Edelstahl, haben bewusst ein schmales sicheres Temperaturfenster.

Wenn Sie Ventile für ein Projekt beschaffen, ist die Materialspezifikation im Datenblatt wichtiger als der Markenname auf dem Gehäuse. Wenn Sie auf die richtige Metallverarbeitung achten, wird das Ventil das Projekt überdauern. Wenn Sie etwas falsch machen, werden Sie beim nächsten Turnaround die Sitze austauschen.

Passen Sie das Material dem Teil an

Ein Hochdruck-Absperrventil besteht nicht aus einer einzigen Komponente, sondern besteht aus drei verschiedenen technischen Problemen in einem einzigen Gehäuse. Jedes Teil nutzt sich anders ab, sodass für jedes Teil möglicherweise ein anderes Material erforderlich ist.

Sitz und Sitzring

Der Sitz nimmt den größten Teil der Drosselströmung auf. Im Dampfbetrieb wird ein Phänomen genanntDrahtziehen- Feine, lineare Erosionsrillen, die durch Dampf mit hoher-Geschwindigkeit in die Dichtfläche geschnitten werden -, erodieren den Sitz. Im Schlammbetrieb bewirken feste Partikel mechanisch dasselbe. Die Standardlösung ist ein gepanzerter Sitzring: Stellit für Dampf und mäßige Schlämme, eine Nickellegierung für extremen Druckabfall oder extreme Temperaturen und gelegentlich eine Keramik- oder Karbidbeschichtung, wenn die Feststoffbelastung hoch ist.

Scheibe

Die Scheibe erfüllt die gleiche Dichtungsfunktion von der anderen Seite und nimmt auch bei teilweise geöffnetem Ventil eine direkte Strömungsbeaufschlagung auf. Die meisten Käufer geben die gleiche Panzerung auf der Scheibenfläche wie auf dem Sitz an, sodass sich beide Flächen mit einer ähnlichen Abnutzungsrate abnutzen. Bei sehr hohem Differenzdruck ist eine massive Scheibe aus Nickel--Legierung (Inconel 625) zuverlässiger als eine gepanzerte Edelstahlscheibe, da sie das Risiko einer Abplatzung der Beschichtung bei zyklischer Belastung ausschließt.

Stängel

Der Vorbau ist ein verschiebbares Teil. Es verschleißt an Packungen und Führungsbuchsen, daher ist die Oberflächenhärte wichtiger als die Gesamthärte. Nitrieren ist die wirtschaftliche Standardlösung. Im heißen oder korrosiven Betrieb wird der Schaft stattdessen aus Inconel 625 oder einer Titansorte gefertigt.

Sitz- und Scheibenmaterialien im Detail

Kobalt-basierte Aufpanzerung: Stellit

Stellit ist die Sammelbezeichnung für Kobalt-Chrom-Wolfram-Aufpanzerlegierungen. Die häufigste Sorte,Stellit 6(UNS R30006) ist der Industriestandard für Dichtflächen von Kugelventilen. Typische HärteverläufeHRC 36-45für Gusswerkstoffe mit Aufpanzerungen von bis zu etwa HRC 48. Die Legierung behält ihre Härte auch bei erhöhten Temperaturen gut bei -, Langzeitgebrauch- ist ungefähr so ​​gut wie möglich800 Grad (1470 Grad F), weshalb es überall in Dampfsystemen und Schlammleitungen mit Feststoffpartikeln auftritt.

Stellit widersteht Partikelerosion, Abrieb und Erweichung bei hohen Temperaturen. In Dampfkraftwerken und Bergbauschlammleitungen ist es aus gutem Grund die Standardpanzerung: Es funktioniert und die Lieferkette ist ausgereift.

Wo es passt:Sitz- und Scheibenflächen von Hochdruck-Absperrventilen im Dampfbetrieb; Ventilgarnitur in mit Feststoffen-beladenen Medien.

Legierungen auf Nickel--Basis: Inconel 625 und Hastelloy C-276

Inconel 625(UNS N06625) enthält Molybdän und Niob, die ihm Kavitationsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen verleihen. Für lasttragende Strukturanwendungen ist der ASME-Code auf 650 Grad begrenzt. Bei nicht-Last-tragender Oxidationsbeständigkeit hält es bis zu ca980 Grad (1796 Grad F). Es ist eine häufige Wahl für den Bereich mit hohem-Druckabfall- und hohen-Temperaturen des Kugelventilbereichs -, sowohl als massives Innengarnitur- als auch als Schaftmaterial.

Hastelloy C-276(UNS N10276) ist das, was Sie angeben, wenn Chloridangriff und erosiver Verschleiß kombiniert werden -, typischerweise in chemischen Reaktorsystemen, die aggressive Medien verarbeiten. Sein Molybdän- und Wolframgehalt verleiht ihm eine hohe Beständigkeit gegen Chloridlochfraß und Spannungsrisskorrosion (SCC) und hält erosivem Verschleiß in chemischen Hochdruckkreisläufen stand. C-276 behält seine Strukturfestigkeit bis zu ca540 Grad (1000 Grad F)für druckhaltige Anwendungen mit höherer Oxidationsbeständigkeit.

Wo sie passen:Hoch-Druck, Hoch-Dampf und Prozessbetrieb (625); Chlorid-reicher chemischer Dienst (C-276).

Edelstähle: 316L und Duplex 2205

316L(UNS S31603) ist das allgemeine -Körper-, Oberteil- und Innengarniturmaterial für Hochdruck-Absperrventile. Sein Molybdängehalt verbessert die Chlorid-Lochfraßbeständigkeit gegenüber Stählen der Klasse 304- und wird daher in Meerwasser, sauren und alkalischen Medien unter hohem Druck eingesetzt. Aber es ist nicht immun - 316L kann in warmem, stehendem oder stark chloriertem Meerwasser Lochfraß und Rissbildung verursachen. Wenn das Medium aggressiv ist, wechseln Sie zu Duplex.

Für gegossene Ventilkörper beträgt die entsprechende GussqualitätCF8M(ASTM A351), die gegossene Version von 316. Für geschmiedete Komponenten beträgt die GüteF316L(ASTM A182).

Duplex 2205(UNS S32205) kombiniert austenitische und ferritische Struktur. Die Ferritphase bietet eine höhere Festigkeit und eine bessere SCC-Beständigkeit als austenitisches 316L, und die zwei{3}}Phasenstruktur widersteht Flüssigkeitserosion gut. Es ist Standard für Hochdruck-Öl- und Gasleitungen und Ventilgehäuse. Die geschmiedete Sorte istF51(ASTM A182).

Beachten Sie Folgendes: Duplex-Qualitäten sind in der Regel auf etwa begrenzt300 Gradaufgrund des Versprödungsbereichs von 475 Grad. Duplex ist keine Lösung für hohe-Temperaturen.

Wo sie passen:Ventilkörper, Hauben und Innengarnituren für den Einsatz in Meerwasser, Säuren/Laugen sowie Öl{0}}und-Gas.

Schaftmaterialien im Detail

Nitriertes 38CrMoAlA

38CrMoAlA ist ein chinesischer Nitrierstahl (GB/T 3077,Legierte Baustähle) wird häufig für Ventilschäfte verwendet. Nach dem Nitrieren erreicht die OberflächeHV 900-1100, was ein hartes, verschleißfestes Gehäuse über einem robusten Kern ergibt. Oberhalb von ca. beginnt die Nitridschicht zu erweichen540 Grad (1004 Grad F)Daher ist dies für Dampf und allgemeine Prozessströme bis zu dieser Temperatur der kosteneffiziente Standard.

Titansorten für den Korrosionseinsatz

Titan verdient seinen Platz im Meerwasser- und Chlorid-Einsatz durch seinen stabilen, selbstheilenden Oxidfilm - hier geht es um Korrosionsbeständigkeit, nicht um Härte. Im Ventilbau kommt es auf zwei Qualitäten an:

Titan Grad 2(UNS R50400): Handelsüblich reines Titan, das Arbeitstier für Meerwasserleitungen, Ventilgehäuse und Innengarnituren. Es ist weich (ungefähr HV 145-180), aber äußerst korrosionsbeständig, mit einer typischen Betriebsobergrenze rundherum315 Grad (600 Grad F).

Titan Grad 5 / Ti-6Al-4V(UNS R56400): Die standardmäßige strukturelle Titanlegierung, etwa doppelt so fest wie Grad 2, mit nützlicher Härte (etwa HV 320–360, entspricht HRC 30–36). Wird für Vorbauten, Scheiben und Befestigungselemente verwendet, bei denen sowohl Festigkeit als auch Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind. Typische Dienstobergrenze400 Grad (750 Grad F).

Beide Qualitäten sind in ASTM B265 (Platten und Bleche), ASTM B348 (Stäbe) und ASTM B381 (Schmiedeteile) genormt. Für Meerwassertrimmung unter hohem-Druck wird aufgrund seines Festigkeitsvorteils häufig Güteklasse 5 gegenüber Güteklasse 2 bevorzugt.

Materialvergleichstabelle

Hinweis: Bei allen Zahlen handelt es sich um typische Branchenwerte, die aus Herstellerdatenblättern und -normen zusammengestellt wurden. Vor der Spezifikation immer anhand der geltenden Norm und des Werkstestzertifikats bestätigen.

Materialkosten vs. Gesamtbetriebskosten

Eine der häufigsten Fragen, die wir von Beschaffungsteams erhalten, lautet: „Brauchen wir wirklich Stellite oder reicht 316L?“ Die ehrliche Antwort lautet: Es hängt von der Dienstleistung ab, aber die falsche Art und Weise, es einzuordnen, besteht darin, nur die Materialkosten zu vergleichen.

Stellen Sie sich einen Sitzring in einem Dampfdrosselventil vor, das bei 150 psi und 350 Grad läuft. Ein Standardsitz aus 316L kann 6-12 Monate halten, bevor die Erosion durch Drahtziehen merkliche Undichtigkeiten verursacht. Ein gepanzerter Stellite 6-Sitz im gleichen Dienst läuft normalerweise 3-5 Jahre, bevor er überarbeitet werden muss. Der Unterschied bei den Materialkosten ist erheblich – Stellit-Aufpanzerung kann 5–10 Mal mehr kosten als ein normaler 316L-Sitz – aber die Ausfallkosten für einen Ventilaustausch in einer laufenden Anlage übertreffen den Unterschied bei den Materialkosten bei weitem.

Die gleiche Logik gilt für die Aufrüstung von 316L auf Duplex 2205 im Chloridbetrieb oder von nitrierten Stahlschäften auf Inconel 625 im Heißbetrieb. Das Upgrade macht sich bezahlt, sobald Sie einen ungeplanten Stillstand vermeiden. Schauen Sie sich anGesamtbetriebskosten (TCO)- Anschaffungskosten plus Wartungskosten plus Ausfallkosten über die erwartete Lebensdauer des Ventils - nicht nur der Artikelpreis im Angebot.

Ventilfabrik

Wählen Sie das richtige Material, bevor Sie sich für das Ventil entscheiden

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