硬密封球阀的优点

一、摘要
球阀作为一种用来实现管路系统通断及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金等许多领域中得到极为广泛地应用。

而在目前市场上已知的球阀技术中，其密封材料大多为橡胶、聚四氟乙烯等。

由于结构特征的限制，不适应耐高温、高压及耐腐蚀、抗磨损等行业。

金属硬密封球阀采用了特殊的表面硬化处理，彻底的解决了这些问题，并且使得阀门在恶劣工况下的易于磨损、频繁更换的问题耶得到了解决。

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二、相关术语
1. 相关术语
洛氏硬度：洛氏硬度没有单位，是一个无纲量的力学性能指标，其最常用的硬度标尺有A、B、C三种，通常记作HRA、HRB、HRC，其表示方法为硬度数据+硬度符号，如50HRC。

碳化钨：有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体。

熔点2870℃, 沸点6000℃，相对密度15.63(18℃)。

碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸－氢氟酸的混合酸中。

纯的碳化钨易碎，若掺入少量钛、钴等金属，就能减少脆性。

其硬度HRC 68~72，耐高温为430℃。

镍基合金：镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。

按照主要主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等，其硬度HRC 52~55，耐高温为800℃。

钴基合金：是一种能耐各种类型磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金，其硬度HRC 40~50，耐高温为650℃。

2. 不常用学术名词
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3. 其它抽象概念
三、金属硬密封球阀在煤化工行业的应用
石油资源紧缺是一个影响中国发展的大问题，但中国的煤炭资源非常丰富，因此，采用煤化工产品代替石油产品在中国得到了迅速的发展，大量的煤化工项目以及煤制油项目正在我国兴建。

煤化工及煤制油项目首先要进行煤气化，煤气化是将煤、焦炭等固体燃料，在高温下与气化剂反应，转化为气体产物和少量残渣的过程。

煤气化用的气化剂主要是水蒸气、空气（或氧气）或它们的混合气，气化反应包括了一系列均相与非均相化学反应。

所得气体产物视所用原料煤质、气化剂的种类和气化过程不同而具有不同的组成，可分为空气煤气、半水煤气、水煤气等。

煤制油、煤改油、煤气化等煤化工项目对阀门的要求非常严格，要求阀门具有高耐磨、耐冲刷、防结垢、防结疤、快速切断等功能。

高压（一般采用Class600至Class900压力级）、高温、介质（煤渣）硬度非常高、启闭频繁（半个小时动作一次）、口径大（一般为DN300～DN450）、启闭速度快（一般为3秒至10秒）、而且要求煤气化阀门的密封性能好，可靠性高。

国内煤化工常用的金属硬密封球阀金属密封面表面堆焊耐温、耐蚀镍基合金材料，其耐高温在800℃左右，硬度HRC52~55，远远超过煤化工行业所需的550℃的要求，由于温度的上升，耐磨材料的耐磨系数和表面硬度会伴随着相应的直线下降，阀门的磨损严重，更换频繁。

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四、金属硬密封球阀在有机硅多晶硅行业的应用
在硅粉处理中，阀球容易被硅粉包裹，导致泄露等问题的出现，硅粉由于硬度高的原因，在输送的过程中，阀门的密封面在硬度较高的硅粉不断冲刷撞击下，逐层剥落，严重的影响了阀门的密封性能，导致阀门的使用寿命不长。

针对这种情况，国内高性能耐磨球阀：是吸取了国外硬密封技术而设计制造，采用的密封结构，具有可靠密封性能，具有泄漏量小的特点，金属硬密封球阀金属密封面表面采用超音速喷涂碳化钨材料，其耐高温在430℃左右，硬度HRC68~72，远远超过有机硅和多晶硅行业所需的硬度的要求，所以对煤化工用阀门的技术要求难度很大，
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五、金属硬密封球阀的性能与优势
上海纽京生产的金属硬密封球阀，采用了特殊的材料，经过了特殊的工艺处理，其球体与阀座针对不同用户的不同使用工况和要求，密封座采用美国最新技术，密封面硬度能达到76~78（HRC)左右，耐高温能够达到600~650℃，摩擦系数0.3~0.05,，球体和阀座具有良好剪切自洁功能。

密封座采用美国最新技术的高耐磨合金硬化技术进行处理，具有高硬度和超常耐磨的性能，外形仍保持常规球阀的美观形状，特别适合于电厂除尘、高炉排灰、煤粉输送以及有机硅项目等特殊工况系统，彻底解决了长期以来困扰上述系统中阀门易磨损，需频繁更换的难题，既节省了采购成本又能减少系统停机所造成的经济损失。

使用温度可达550度以上，使用寿命增加两倍以上。

高温工况情况下由于热膨胀面容易引起球体与阀座的胀死，从而导致阀门无法开启，纽京金属硬密封球阀采用了碟璜加弹簧加载的专利密封结构，在高温情况下零部件之间的热膨胀可以被碟璜或者弹簧所吸收，故能够保证阀门在高温下不会被胀死，并能够在高温下灵活开启。

完美优化的结构设计，通过球体与研磨器具在空间不同方位的旋转，使球体表面达到极高的圆度和光滑度，阀门的密封性能能够达到超标准的要求。

同时由于采用了特殊材料，经过了特殊的工艺处理方式，能够保证阀门在火灾的情况下也能确保可靠的密封性。

此时，阀门各部件的紧密连接，自然的形成了一道静电通道，勿需设置单独的静电通道来进行阀门的保护。

金属硬密封球阀的阀座能够独立的进行切断进出口端的流体介质，实现双切断功能，阀门的关闭，迫使阀门中腔和两端通道在阀门进出口同时受压后相互阻断，中通部分的介质通过泄放阀排出。

偏心金属硬密封球阀的结构特点、优缺点、应用
随着现代机械加工工艺和新材料的不断发展，球阀已不仅仅用在输送水、压缩空气等低温介质以及对密封性能要求较低的管道上，在石油化工、冶金、电力等行业中，球阀已被广泛应用在工艺条件要求苛刻、介质比较特殊的工业装置上。

尤其是偏心金属硬密封球阀已被越来越多的人们所熟知和青睐。

偏心金属硬密封球阀，根据球的形状可分为半球形和整球形两大类。

偏心半球形金属硬密封球阀的结构特点
结构型式阀体采用整体式结构设计，阀杆与阀瓣采用三偏心结构，采用金属弹性密封固或波纹管密封，因此泄漏量少，安全可靠。

另外手轮采用蜗轮蜗杆或气动(电动)传动机构。

阀瓣与阀杆采用三偏心结构阀门的阀瓣与阀杆采用三偏心结构设计，在关闭阀门的过程中，阀座与球体间的密封压力能够迅速增加，从而确保了密封副的可靠性。

当阀门开启时，阀座与球体能迅速脱离，有效地减少了操作力矩，所以球体密封面不直接与阀体的密封面接触。

采用这种结构形式，其密封面的磨损极小，不但密封性能很好，而且动作轻盈，操作灵活方便。

采用金属弹性密封圈结构阀座密封面采用金属弹性密封圈结构，当球体通过力矩传递至密封面时，使密封圈产生少量变形，达到密封目的，这种结构仅用在温度较低的场合。

阀座密封面采用波纹管密封，除了有上述功能外，它还可以在高温情况下通过波纹管的变形来吸收热膨胀，因此该结构可以使用在温度较高的场合。

偏心半球形金属硬密封球阀的优缺点
1.极佳的实用性能.(1)该球阀的全开启状态是一个完全无遮拦的通径状态，因此流体流经阀门时压力降很小，在要求压力降小的场所，使用这种阀是最好的选择。

(2)在输送含有颗粒和容易在沟槽内结焦的物料时，使用这种阀是最为理想的。

(3)该阀门的流通能力大，与其它阀门相比，在同口径的条件下该阀额定流量系数(Kv)比其它任何一种阀门都要大，所以在相同流量情况下，所采用的这种阀门的直径比其它阀门小许多。

(4)偏心半球形金属硬密封球阀与整球形金属硬密封球阀相比，具有结构尺寸小、重量轻和价格便宜等优点。

2.关闭性能好.在偏心半球形金属硬密封球阀中是利用扭矩来关闭阀门的，仅需将球体旋90o就可实现开关，所用扭矩越大，阀座的密封性能越好。

同时密封副是在同一平面内的球形环状密封，因此有极好的密封性能，能满足国家标准GB/T13927及美国标准API598的要求，并且关闭速度快。

3.使用范围广泛和易于自动控制.偏心半球形金属硬密封球阀可在如下场合使用：温度-20~550℃，压力等级2.0~10.0MPa，在高温场合其密封应采用图3结构形式；介质可以是气体、液体和固体；用作火灾时使用的塔底紧急切断阀最为理想。

球阀的流量调节性能非常好，开关时仅需将球体旋转90o，所以执行机构要比闸阀等直线行程的结构简单，开关速度快，能满足工业装置，尤其是石油化工、电力、冶金等危险性行业的快速开启(闭)要求，它也可配备自动控制执行机构，为遥控远传创造了条件。

4.使用寿命长且安全可靠.偏心半球形金属硬密封球阀是一种金属之间密封的阀门，它可以用碳钢、合金钢、不锈钢等多种材料制造，以满足各种工艺条件和生产过程。

同时它与普通的橡胶或其它非金属材料密封的球阀相比具有耐磨损和密封不变形、不泄漏的特性，因此使用寿命长。

例如，在催化裂化装置的催化剂加料管道上若安装一台闸阀，使用三个月就报废，而更换一台偏心半球形金属硬密封耐磨球阀(密封面喷涂碳化钨层)，使用一年多仍完好，其寿命高出闸阀许多倍。

由于金属硬密封和偏心结构，阀座与球体密封副之间无非金属物，故火灾前后其密封面不会产生变形，因此在火灾中不会由于阀体密封的原因发生二次火灾，安全可靠。

5.普遍存在的缺点.偏心半球形金属硬密封球阀结构尺寸与闸阀和蝶阀相比稍微大一点，重量也大一些，因此口径不能过大，不能完全取代闸阀与蝶阀。

但它仍作为一种解决各种恶劣工况条件下的隔断设施而被广泛采用。

偏心金属硬密封球阀的应用
偏心金属硬密封球阀适合用在石油化工、电力、冶金等行业的各种工艺管道上，介质包括各种烃类和催化剂颗粒等，尤其适用于对压力降要求较小的场合。

在炼油厂延迟焦化装置上就有如下一些应用：①应用在分馏塔顶空气冷却器的出入口和气压机入口管道上；②用作塔底紧急切断阀，当发生火灾时快速切断与火源的联系；③用在焦化分馏塔底循环油过滤器前后的管道上。

若在此处采用闸阀，循环油内的焦粉将进入阀体楔形密封槽内而使阀门很难关严，在过滤器切换、检修时容易产生火灾。

在中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司有机硅车间，输送硅粉的管道上采用了这种高性能的耐磨球阀取代进口产品，收到了良好的效果，其寿命比进口的球阀高出许多倍。

在该公司的催化裂化装置的催化剂加装料管上安装了一个偏心金属硬密封耐磨球阀，其使用寿命高出闸阀许多倍。

偏心金属硬密封球阀在管系振动的场合使用，比用其它任何种类的阀都要好，它不存在掉阀板问题，从而提高了安全可靠性。

硬密封球阀采用偏心结构，在关闭过程中，阀座与球冷酷间的密封比压能迅速增加，从而确保了密封副的可靠密封。

当阀门开启时，阀座与球体能迅速脱离，有效地减小了操作力矩，并使阀座表面与球面之间的控伤可能性降到最小。

2、硬密封球阀(浮动式)采用了弹性加载结构，在正常关闭情况下确保了球体密封面与阀座密封之间的接触，在高温工况下，能有效补偿内件受热膨胀，避免因高温而导致的卡阻，适合于中小口径高温使用场合。

3、硬密封球阀(固定式)除金属硬密封偏心球阀的偏心特点外，其它优点在此也具务，此外，它可双向使用，且不易在中腔沉积污物，根据用户工况条件，也可在中腔设置排污口。

4、硬密封球阀的球体表面采用特殊硬化处理，阀座整体用特种硬质材料或局部堆焊硬质材料，确保密封副之间的有合适的硬度差。

5、由于球体表面采用特殊的表面硬化处理，阀座采用堆焊硬质合金，所以在阀门的启闭过程中能很好经受介质冲刷，特别适合于固体颗粒和磨料介质。

6、除球体表面和阀座表面的特殊表面处理外，在其它密封材料方面采用柔性石墨、金属缠绕式垫片等，故能用于高温、高压工况，并具耐火烧功能。

硬密封球阀主要技术参数及执行标准：
公称通径(mm) 金属密封浮动球阀金属密封固定球阀金属密封三通球阀
DN15~200、NPS1/2~8 DN50~500、NPS2~20 DN50~300、NPS2~12
公称压力(Mpa) PN1.0~10.0、Class150~600、
10K、20K
PN1.0~16.0、
Class150~900、10K、20K
PN1.0~2.5、Class150、10K
阀门材料及适用工况零件
名称
材料
阀体WCB ZG1Cr18Ni9Ti CF8(304) CF3(304L) ZG1Cr18Ni12Mo2Ti CF8M(316) CF3M(316L)
球体
阀杆
2Cr13 1Cr18Ni9Ti 0Cr19Ni9
(304)
00Cr19N11
(304L)
1Cr18Ni12Mo2Ti 0Cr17Ni12Mo2
(316)
00Cr17Ni12Mo2
(316L)
密封
圈
特种硬化材料
适用
介质
泥浆、纸浆、含有固体和流
体等
泥浆、纸浆、蒸汽、含有固体的流
体等
高温、高频、高压
适用
温度
-29~150℃-29~250℃-29~500℃
设计制造GB/T 12237-1989、API 608、API6D、JPI 7S-48、DIN3357
结构长度GB/T 12221-1989、ANSI B16.10、JIS B2002。

连接法兰JB/T74~90(JB74~90)、GB9112~9131、HGJ44~76、SH3406、ANSI B16.5、JIS B2212~2214。

压力试验JB/T 9092-99、API 509。

传动方式手动、蜗轮蜗杆传动、气动、电动。

硬密封球阀特点：
硬密封球阀是我公司开发的高性能阀门。

阀座采用板簧加载的金属密封结构，在高温下启闭轻松。

球体及阀座采用特殊硬化处理，密封面不擦伤。

球阀具有双向密封功能,大小口径均采用固定球结构(DN15～700mm)。

用途：
硬密封球阀适用于Class150～1500、PN1.6～16.0MPa，工作温度-29～425℃(碳钢)或-40～550℃(不锈钢)的各种管路上，用于截断或接通管路中的介质，选用不同的材质,可分别适用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介质、尿素、氨盐水、中和水等多种介质。

硬密封球阀技术规范：
压力等级：Class150～1500、PN1.6～16.0MPa
公称通径：DN15～700mm
设计与制造：API608、API 6D GB12237
结构长度：ANSI B16.10 GB12221
连接形式：ANSI B16.5 GB9112～9131、JB/T74～90 SH3006、HG20615～20635
压力实验：API598、ZBJ16006、GB
材质：WCB、CF8、CF3、CF8M、CF3M、ZG1Cr18Ni9Ti、C4、C6L、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti
工作温度：-40～550℃
驱动方式：手动、蜗轮蜗杆传动、气动、电动
1、金属硬密封球阀采用偏心结构，在关闭过程中，阀座与球冷酷间的密封比压能迅速增加，从而确保了密封副的可靠密封。

当阀门开启时，阀座与球体能迅速脱离，有效地减小了操作力矩，并使阀座表面与球面之间的控伤可能性降到最小。

2、金属硬密封浮动球阀（如图）采用了弹性加载结构，在正常关闭情况下确保了球体密封面与阀座密封之间的接触，在高温工况下，能有效补偿内件受热膨胀，避免因高温而导致的卡阻，适合于中小口径高温使用场合。

3、金属硬密封固定球阀除金属硬密封偏心球阀的偏心特点外，其它优点在此也具务，此外，它可双向使用，且不易在中腔沉积污物，根据用户工况条件，也可在中腔设置排污口。

4、金属硬密封球阀的球体表面采用特殊硬化处理，阀座整体用特种硬质材料或局部堆焊硬质材料，确保密封副之间的有合适的硬度差。

5、由于球体表面采用特殊的表面硬化处理，阀座采用堆焊硬质合金，所以在阀门的启闭过程中能很好经受介质冲刷，特别适合于固体颗粒和磨料介质。

6、除球体表面和阀座表面的特殊表面处理外，在其它密封材料方面采用柔性石墨、金属缠绕式垫片等，故能用于高温、高压工况，并具耐火烧功能。