วิธีการเลือกวัสดุสำหรับวาล์วภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง

ในระบบลำเลียงของเหลววาล์วอุณหภูมิสูงวาล์วเป็นส่วนประกอบควบคุมที่ขาดไม่ได้ ซึ่งมีหน้าที่หลักในการควบคุม การเบี่ยงเบน การป้องกันการไหลย้อนกลับ การตัด และการสับเปลี่ยน วาล์วมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมและภาคพลเรือน วาล์วทนความร้อนเป็นวาล์วชนิดหนึ่งที่นิยมใช้กัน คุณสมบัติเฉพาะของวาล์วชนิดนี้มีดังนี้: ประสิทธิภาพการชุบแข็งที่ดี สามารถชุบแข็งได้ลึก; เชื่อมได้ดี; ดูดซับแรงกระแทกได้ดี ยากที่จะเสียหายจากความรุนแรง; ความเปราะบางจากการอบชุบมีแนวโน้มน้อย เป็นต้น วาล์วทนความร้อนมีหลายประเภท ประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดคือ วาล์วทนความร้อนวาล์วผีเสื้ออุณหภูมิสูงวาล์วลูกบอลตัวกรองอุณหภูมิสูง และอุณหภูมิสูงวาล์วประตู.

วาล์วทนความร้อนมีกี่ประเภท

วาล์วทนความร้อนสูง ได้แก่ วาล์วประตูทนความร้อนสูง วาล์วปิดเปิดทนความร้อนสูง วาล์วกันกลับทนความร้อนสูง วาล์วบอลทนความร้อนสูง วาล์วผีเสื้อทนความร้อนสูง วาล์วเข็มทนความร้อนสูง วาล์วควบคุมการไหลทนความร้อนสูง และวาล์วลดแรงดันทนความร้อนสูง ในบรรดาวาล์วเหล่านี้ วาล์วที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ วาล์วประตู วาล์วลูกโลก วาล์วกันกลับ วาล์วบอล และวาล์วผีเสื้อ

สภาวะการทำงานของวาล์วทนอุณหภูมิสูงมีอะไรบ้าง

สภาวะการทำงานที่อุณหภูมิสูงส่วนใหญ่ประกอบด้วย อุณหภูมิปานกลาง อุณหภูมิสูง Ⅰ อุณหภูมิสูง Ⅱ อุณหภูมิสูง Ⅲ อุณหภูมิสูง Ⅳ และอุณหภูมิสูง Ⅴ ซึ่งจะอธิบายแยกกันต่อไปนี้

อุณหภูมิต่ำกว่าระดับสูง

อุณหภูมิใช้งานระดับกลางถึงสูง หมายถึง อุณหภูมิใช้งานของวาล์วอยู่ในช่วง 325 ～ 425 ℃ หากตัวกลางเป็นน้ำและไอน้ำ จะใช้ WCB, WCC, A105, WC6 และ WC9 เป็นหลัก หากตัวกลางเป็นน้ำมันที่มีกำมะถัน จะใช้ C5, CF8, CF3, CF8M, CF3M เป็นต้น ซึ่งทนต่อการกัดกร่อนจากซัลไฟด์เป็นหลัก โดยส่วนใหญ่จะใช้ในอุปกรณ์ลดความดันบรรยากาศและอุปกรณ์หน่วงการกลั่นในโรงกลั่น ในขณะนี้ วาล์วที่ทำจาก CF8, CF8M, CF3 และ CF3M ไม่ได้ใช้เพื่อทนต่อการกัดกร่อนของสารละลายกรด แต่ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์น้ำมันที่มีกำมะถันและท่อส่งน้ำมันและก๊าซ ในสภาวะนี้ อุณหภูมิใช้งานสูงสุดของ CF8, CF8M, CF3 และ CF3M คือ 450 °C 

อุณหภูมิสูง Ⅰ

เมื่ออุณหภูมิการทำงานของวาล์วอยู่ที่ 425 ～ 550 ℃ จะจัดเป็นวาล์วทนอุณหภูมิสูงระดับ I (เรียกว่าระดับ PI) วัสดุหลักของวาล์วระดับ PI คือ “เหล็กกล้าทนความร้อนคุณภาพสูงเกรด Ⅰ ที่มีคาร์บอนปานกลาง โครเมียม นิกเกิล ธาตุหายาก ไทเทเนียม” โดยมี CF8 เป็นรูปทรงพื้นฐานตามมาตรฐาน ASTMA351 เนื่องจากระดับ PI เป็นชื่อเฉพาะ จึงรวมถึงแนวคิดของเหล็กกล้าไร้สนิมทนอุณหภูมิสูง (P) ด้วย ดังนั้น หากตัวกลางในการทำงานเป็นน้ำหรือไอน้ำ แม้ว่าจะสามารถใช้เหล็กกล้าทนอุณหภูมิสูง WC6 (t≤540 ℃) หรือ WC9 (t≤570 ℃) ได้ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์น้ำมันที่มีกำมะถันสามารถใช้เหล็กกล้าทนอุณหภูมิสูง C5 (ZG1Cr5Mo) ได้ แต่ก็ไม่สามารถเรียกว่าเป็นระดับ PI ได้ 

อุณหภูมิสูง II

วาล์วชนิดนี้มีอุณหภูมิใช้งาน 550 ～ 650 ℃ และจัดอยู่ในประเภทอุณหภูมิสูง II (เรียกย่อว่า P II) วาล์วอุณหภูมิสูงระดับ P II ส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์แตกตัวเร่งปฏิกิริยาของน้ำมันหนักในโรงกลั่น ประกอบด้วยวาล์วประตูทนการสึกหรอที่มีซับในอุณหภูมิสูงที่ใช้ในหัวฉีดหมุนสามทิศทางและส่วนอื่นๆ วัสดุหลักของวาล์วเกรด P II คือ “เหล็กกล้าทนความร้อนเสริมด้วยคาร์บอนปานกลาง โครเมียม นิกเกิล ธาตุหายาก ไทเทเนียม แทนทาลัม เกรด II อุณหภูมิสูง” โดยมี CF8 เป็นรูปทรงพื้นฐานตามมาตรฐาน ASTMA351 

อุณหภูมิสูง III

วาล์วชนิดนี้ทำงานที่อุณหภูมิ 650 ～ 730 ℃ และจัดอยู่ในประเภทอุณหภูมิสูงระดับ III (เรียกย่อว่า PⅢ) วาล์วอุณหภูมิสูงระดับ PⅢ ส่วนใหญ่ใช้ในหน่วยแตกตัวเร่งปฏิกิริยาของน้ำมันหนักขนาดใหญ่ในโรงกลั่น วัสดุหลักของวาล์วอุณหภูมิสูงระดับ PⅢ คือ CF8M ตามมาตรฐาน ASTMA351 

อุณหภูมิสูง Ⅳ

อุณหภูมิใช้งานของวาล์วอยู่ที่ 730 ～ 816 ℃ และจัดอยู่ในประเภทอุณหภูมิสูง IV (เรียกย่อว่า PIV) ขีดจำกัดสูงสุดของอุณหภูมิใช้งานของวาล์ว PIV คือ 816 ℃ เนื่องจากอุณหภูมิสูงสุดที่กำหนดโดยมาตรฐาน ASMEB16134 สำหรับการออกแบบวาล์วคือ 816 ℃ (1500υ) นอกจากนี้ หลังจากอุณหภูมิใช้งานเกิน 816 °C เหล็กจะเข้าใกล้ช่วงอุณหภูมิการขึ้นรูป ในขณะนี้ โลหะอยู่ในโซนการเสียรูปพลาสติก และเนื่องจากโลหะมีความยืดหยุ่นสูง จึงยากที่จะทนต่อแรงดันใช้งานสูงและแรงกระแทก และป้องกันการเสียรูปได้ วัสดุหลักของวาล์ว P Ⅳ คือ CF8M ตามมาตรฐาน ASTMA351 ซึ่งเป็น "เหล็กทนความร้อนเสริมแรงด้วยคาร์บอนปานกลาง โครเมียม นิกเกิล โมลิบเดนัม ธาตุหายาก ไทเทเนียม แทนทาลัม อุณหภูมิสูง IV" CK-20 และมาตรฐาน ASTMA182 F310 (รวมถึงปริมาณคาร์บอน ≥0.1050%) และเหล็กกล้าไร้สนิมทนความร้อน F310H 

อุณหภูมิสูง Ⅴ

วาล์วที่มีอุณหภูมิใช้งานสูงกว่า 816 ℃ เรียกว่า PⅤ วาล์วอุณหภูมิสูง PⅤ (สำหรับวาล์วปิด ไม่ใช่วาล์วผีเสื้อแบบปรับแรงดัน) ต้องใช้วิธีการออกแบบพิเศษ เช่น การบุฉนวน หรือการระบายความร้อนด้วยน้ำหรือก๊าซ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าวาล์วจะทำงานได้ตามปกติ ดังนั้น จึงไม่มีการกำหนดขีดจำกัดสูงสุดของอุณหภูมิใช้งานของวาล์วอุณหภูมิสูงระดับ PⅤ เนื่องจากอุณหภูมิใช้งานของวาล์วควบคุมไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุเพียงอย่างเดียว แต่ยังขึ้นอยู่กับวิธีการออกแบบพิเศษด้วย โดยหลักการพื้นฐานของวิธีการออกแบบนั้นเหมือนกัน วาล์วอุณหภูมิสูงระดับ PⅤ สามารถเลือกวัสดุที่เหมาะสมที่ตรงตามข้อกำหนดของวาล์วตามตัวกลางการทำงาน แรงดันใช้งาน และวิธีการออกแบบพิเศษได้ สำหรับวาล์วอุณหภูมิสูงระดับ PⅤ โดยทั่วไปแล้ว วาล์วแบบแผ่นหรือวาล์วผีเสื้อจะเลือกใช้โลหะผสมอุณหภูมิสูง HK-30 และ HK-40 ตามมาตรฐาน ASTMA297 ซึ่งทนต่อการกัดกร่อน แต่ไม่ทนต่อแรงกระแทกและแรงดันสูง