鎳合金是以鎳為主要元素的合金，可用于管道以及工業(yè)閥門的不同部分，例如閥體，閥蓋，球，閥座，閥桿，螺栓，彈簧等。
閥門是管道系統(tǒng)的一部分，它們被定義為流體流中用于不同目的的組件。這些目的可能涉及停止/啟動流量，控制流量，轉(zhuǎn)移流量，防止回流并釋放壓力[1] [2]。圖1示出了球閥，該球閥為旋轉(zhuǎn)閥，其中球形關(guān)閉構(gòu)件旋轉(zhuǎn)90°以接合或脫離閥[2]的端口孔。圖1中的球與通孔接合，從而使閥門保持打開狀態(tài)。
圖1.球閥處于打開位置。
閥門和組件介紹
本文提到的閥門的不同部分定義如下[3]：
閥體：閥體-也稱為閥殼-是閥組件中較重要的部分，將所有零件像框架一樣保持在一起。閥體是接收流體壓力的第一壓力邊界。閥體端部設(shè)計(jì)用于將閥連接到管道。
閥蓋：閥蓋是第二重要的壓力承受部分；它覆蓋閥體，并用與閥體相同的材料制造。
球：閥的球，也稱為“關(guān)閉件” [4]或“壓力控制部件” [4]，用于停止或啟動流體。當(dāng)閥門關(guān)閉時，全部流體壓力作用于球的一側(cè)，因此該部分被視為閥門[3]的第三重要壓力包含部分。
閥座：閥座為封閉件提供閥座表面。
閥桿：閥桿是閥關(guān)閉件和操作員之間的連接器，為鋼球提供必要的運(yùn)動以關(guān)閉和打開閥。閥桿從一側(cè)連接到手輪，杠桿或致動器，從另一側(cè)連接到閥關(guān)閉件。執(zhí)行器是負(fù)責(zé)自動移動閥內(nèi)部的組件。閥桿需要很高的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是在致動的情況下，才能承受從致動器側(cè)施加的載荷。
螺栓：螺栓也是閥門的承壓部件，用于將閥體或閥蓋件連接在一起。
圖2.覆蓋在碳鋼管內(nèi)的Inconel 625。
為什么要指定鎳合金？
為閥門和內(nèi)部零件指定鎳合金有多種原因。這些總結(jié)如下：
內(nèi)部腐蝕：在腐蝕性環(huán)境中，碳鋼管道可能用3mm鎳合金（例如Inconel 625）覆蓋（內(nèi)部覆蓋）以減少腐蝕的風(fēng)險[5]。
圖3.管道上的CO 2（左）和H 2 S（右）腐蝕。。
鎳合金的內(nèi)部覆蓋層可用于包含大量腐蝕性化合物（例如CO2和硫化氫（H2S））的流體服務(wù)。如圖3所示，CO2和H2S腐蝕攻擊以金屬損失和裂紋的形式表現(xiàn)出來。
固態(tài)鎳合金，Inconel 625管道，在油氣行業(yè)的海上部門中，在含大量H2S的碳?xì)浠衔锓?wù)中也很常見。
因此，在世界上一些地區(qū)，例如中東，原油中含有高濃度的H2S，可以在Inconel 625中選擇在海上油氣項(xiàng)目中使用的閥體，而不是22Cr雙相體。然而，在挪威海上石油和天然氣中不含H2S或含量極低的海上工業(yè)中，管道和閥門中22Cr雙相鋼是非常普遍的選擇[6]。另外，用碳鋼制造的球閥的密封區(qū)域和閥座腔可以覆蓋Inconel 625，以避免縫隙腐蝕?？p隙腐蝕是指對存在縫隙，縫隙或凹槽的金屬表面的局部侵蝕。
外部腐蝕：超級雙相螺栓是挪威海上工業(yè)中以22Cr雙相制造的閥門的常用材料選擇。
圖4.帶Inconel 625螺栓和螺塞的22Cr雙聯(lián)體閥
在海上環(huán)境中，未涂層的超級雙相材料（例如，螺栓連接）的較高允許工作溫度為110°C [7]，以避免外部氯離子應(yīng)力導(dǎo)致海洋環(huán)境中的裂紋破裂。因此，對于工作溫度在110°C以上的22Cr雙工閥，超級雙相螺栓（螺栓和螺母）已升級到Inconel 625，如圖4所示。
外部凹槽，例如位于閥的環(huán)形接頭（RTJ）面上的凹槽碳鋼材料制成的閥體法蘭上覆蓋有Inconel 625，以避免在海上項(xiàng)目中出現(xiàn)外部縫隙腐蝕。
磨損和摩擦：擦傷是由兩個表面摩擦在一起引起的磨損形式。有多種避免磨損的策略，例如潤滑，降低粗糙度并在兩個滑動表面之間產(chǎn)生硬度差。圖4所示的螺紋塞用于排出積聚在球閥體腔中的流體。塞子的踩踏部分在打開和關(guān)閉時會與閥體產(chǎn)生摩擦和磨損。因此，在Inconel 625中選擇塞子材料，以與閥體產(chǎn)生硬度差，從而減少磨損和摩擦。
機(jī)械強(qiáng)度：致動的閥門會在閥桿上產(chǎn)生很高的負(fù)載。因此，驅(qū)動閥的閥桿應(yīng)采用高強(qiáng)度材料制造，例如用于碳鋼的Inconel 718，不銹鋼316和22Cr雙聯(lián)閥體。Inconel 718也可用于球和螺栓連接組件，尤其是在海底閥門中。
圖5.帶Inconel X750彈簧的22Cr雙工中的雙板止回閥
循環(huán)和疲勞應(yīng)力： 止回閥中通常使用彈簧將圓盤移回其原始位置并關(guān)閉閥。許多止回閥的開合率很高（循環(huán)）。因此，因康耐爾X750彈簧材料具有良好的耐循環(huán)性和疲勞應(yīng)力，因此被廣泛用于止回閥。圖5顯示了一個雙板止回閥，它具有碳鋼閥體和馬氏體不銹鋼盤，它們通過Inconel X750彈簧關(guān)閉。
鎳合金材料 因科鎳合金
625 （Alloy 625）是具有高耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度的鎳基合金。這種材料的鉻含量為22％，鉬含量為9％，鎳含量約為58％。這種材料的強(qiáng)度來自鉬和鈮對其鎳鉻基體的強(qiáng)化作用。鉬含量較高。
Inconel 718是一種高強(qiáng)度，相對高度耐腐蝕的鎳鉻合金。該材料具有大約52.5％的鎳，20％的鉻和3％的鉬。 這種合金的制造和焊接很容易，并且具有良好的抗疲勞性。該合金的兩種常見熱處理是固溶退火和時效硬化。 鉻鎳鐵合金X750是另一種具有高耐腐蝕性和高強(qiáng)度的鎳鉻合金。該合金包含至少70％的鎳和平均15％的鉻。通過對該合金進(jìn)行不同的熱處理，可以實(shí)現(xiàn)不同的機(jī)械性能。這種合金是除石油和天然氣外，還廣泛用于各種行業(yè)的經(jīng)濟(jì)選擇，例如燃?xì)廨啓C(jī)和火箭發(fā)動機(jī)。
結(jié)論與建議
Inconel合金（例如Inconel 625、718和X750）廣泛用于海上領(lǐng)域的管道和閥門。球閥的閥體，閥蓋，閥座，球，螺栓，旋塞和彈簧通常由上述合金制成。盡管鎳合金廣泛用于內(nèi)部和外部耐腐蝕，但它們具有不同的應(yīng)用，例如增加機(jī)械強(qiáng)度，減少摩擦和磨損，促進(jìn)循環(huán)并減輕疲勞應(yīng)力。
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