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1、2006年第4期阀门—31—文章编号:100225855(2006)0420031203复合陶瓷控制阀的研制122李小明,张德友,林东(11上海工业自动化仪表研究所,上海200233;21温州海米特阀门厂,浙江温州325055)摘要分析了传统控制阀在多相流冲蚀腐蚀下失效机理,探讨了应用传统陶瓷的控制阀失效原因,对比了传统陶瓷与复合陶瓷的性能;给出了复合陶瓷控制阀的研制过程。关键词复合陶瓷;阀门;多相流;冲蚀腐蚀中图分类号:TH134文献标识码:AResearchandmanufactureofcompositeceramicmatrixcontrolvalve122LI
2、Xiao2ming,ZHANGDe2you,LINDong(11ShanghaiInstituteofProcessAutomationInstrumentation,Shanghai200233,China;21WenzhouHightechMeterValveFactory,Wenzhou325055,China)Abstract:Analyzewhythetraditionalcontrolvalveisinvalidationunderthemixedphaseflowero2sion;Analyzewhytheapplicationofthetradition
3、alceramicmaterialtocontrolvalveisinvalidation,comparedtheperformancebetweenthetraditionalceramicmaterialandthecompositeceramicmatrix;thecompositeceramicmatrixcontrolvalveresolvethedefectthatthetraditionalcontrolvalvecan′tbearerosion.Keywords:compositeceramicmatrix;valve;mixedphaseflow;er
4、osioncorrosionh1引言ξ∝v在煤粉化工、煤制油、矿浆萃取等工业控制流式中v———介质流速,m/s程中,传统控制阀在多相流的冲蚀腐蚀下使用寿命h———与流速相关的函数(取h=2～5)极短,已不再适应工况的要求。上个世纪末复合陶其原因是低于临界流速时壁面上呈层流状态,瓷的研制和工业应用取得了突破性进展,国外各控粒子的冲蚀有序而缓慢。高于临界速度时,壁面上制阀公司先后开发出复合陶瓷控制阀。应用我国自呈湍流状态,粒子的冲蚀呈涡旋无序而剧烈。如果主研制的复合陶瓷开发的复合陶瓷控制阀,在工业下游压力低于上游压力的1/2时,气固双相流中的〔1〕现场取得了良好的抗冲蚀腐蚀
5、的效果。粒子以音速冲蚀的破坏率最为严重。2传统控制阀失效的机理腐蚀性多相流,在离子的电化学的作用下临界211多相流的冲蚀腐蚀速度大幅下降,阀门的破坏率急剧上升。冲蚀与腐含固体粒子的多相流中,在粒子和流体交互作蚀交互产生的破坏率远高于非腐蚀性多相流的粒子用下,控制阀发生冲蚀腐蚀破坏。控制阀的破坏与的冲蚀破坏率与单相腐蚀性介质流的腐蚀破坏率的流体的腐蚀性、流速、粒子的大小和硬度,材料的简单相互叠加。图1为堆焊316L的阀瓣和阀座被成分、耐腐蚀性和硬度,以及工况等因素有关。石灰乳冲蚀腐蚀的状况。非腐蚀性多相流对阀门的破坏是由粒子造成材料的抗气蚀能力与材料的硬度成指数关〔2〕的
6、,与介质流速成正向关系。当流速低于临界速度系。高压差工况中,多相流的液体将空化,形时,阀门破坏率低。当流速超过临界速度时,破坏成气、液、固多相流,同时发生气蚀、粒子随气体率快速上升,与流速成指函数关系,即破坏率ξ以音速冲蚀和液体电化学腐蚀。传统控制阀是无法〔3〕为应用于这种极端严酷工况的,例如在高压差煤作者简介:李小明(1947-),男,上海市人,高级工程师,曾承担多项控制阀科技攻关课题,获多项专利。—32—阀门2006年第4期粉化工装置中O形球阀使用寿命极短,仅10多从我国自主研制成功的多种复合陶瓷中,可以天。在煤粉多相流的冲蚀腐蚀和气蚀作用下,球选出两种适合控制阀的
7、复合陶瓷,一种是Cr7C3基体、阀座被损坏,阀体也被破毁(图2)。该球wsg复合陶瓷,主要成份为Cr7C3、Ni、Mo等;另一经喷涂处理,硬度达70HRC。种是Al2O3基复合陶瓷,主要成份为Al2O3、Ti(N1C)和ZrO2等。从表1可知,两种复合陶瓷的硬度与Al2O3陶瓷相当,而线胀系数、抗弯强度和断裂韧度Cr7C3基复合陶瓷较好,Al2O3陶瓷较差,这表明复合陶瓷抗脆裂性远高于Al2O3陶瓷。Al2O3基复合陶瓷耐腐蚀性与传统的Al2O3陶瓷相当,Cr7C3基复合陶瓷次之,但两种复合陶瓷的耐腐蚀性都数十倍于Cr-18系不锈钢。根据
