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(mén)的不同部分，例如閥體，閥蓋，球，閥座，閥桿，螺栓，彈簧等。
閥門(mén)是管道系統的一部分，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(dòng)流量，控制流量，轉移流量，防止回流并釋放壓力[1] [2]。圖1示出了球閥，該球閥為旋轉閥，其中球形關(guān)閉構件旋轉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(mén)保持打開(kāi)狀態(tài)。
圖1.球閥處于打開(kāi)位置。
閥門(mén)和組件介紹
本文提到的閥門(mén)的不同部分定義如下[3]：
閥體：閥體-也稱(chēng)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。閥體端部設計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(chēng)為“關(guān)閉件” [4]或“壓力控制部件” [4]，用于停止或啟動(dòng)流體。當閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，全部流體壓力作用于球的一側，因此該部分被視為閥門(mén)[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動(dòng)以關(guān)閉和打開(kāi)閥。閥桿從一側連接到手輪，杠桿或致動(dòng)器，從另一側連接到閥關(guān)閉件。執行器是負責自動(dòng)移動(dòng)閥內部的組件。閥桿需要很高的機械強度，尤其是在致動(dòng)的情況下，才能承受從致動(dòng)器側施加的載荷。
螺栓：螺栓也是閥門(mén)的承壓部件，用于將閥體或閥蓋件連接在一起。
圖2.覆蓋在碳鋼管內的Inconel 625。
為什么要指定鎳合金？
為閥門(mén)和內部零件指定鎳合金有多種原因。這些總結如下：
內部腐蝕：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出來(lái)。
固態(tài)鎳合金，Inconel 625管道，在油氣行業(yè)的海上部門(mén)中，在含大量H2S的碳氫化合物服務(wù)中也很常見(jiàn)。
因此，在世界上一些地區，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(mén)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(mén)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力導致海洋環(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，以避免在海上項目中出現外部縫隙腐蝕。
磨損和摩擦：擦傷是由兩個(gè)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(gè)滑動(dòng)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(kāi)和關(guān)閉時(shí)會(huì )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。
機械強度：致動(dòng)的閥門(mén)會(huì )在閥桿上產(chǎn)生很高的負載。因此，驅動(dòng)閥的閥桿應采用高強度材料制造，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(mén)中。
圖5.帶Inconel X750彈簧的22Cr雙工中的雙板止回閥
循環(huán)和疲勞應力： 止回閥中通常使用彈簧將圓盤(pán)移回其原始位置并關(guān)閉閥。許多止回閥的開(kāi)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)性和疲勞應力，因此被廣泛用于止回閥。圖5顯示了一個(gè)雙板止回閥，它具有碳鋼閥體和馬氏體不銹鋼盤(pán)，它們通過(guò)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械強度的鎳基合金。這種材料的鉻含量為22％，鉬含量為9％，鎳含量約為58％。這種材料的強度來(lái)自鉬和鈮對其鎳鉻基體的強化作用。鉬含量較高。
Inconel 718是一種高強度，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(jiàn)熱處理是固溶退火和時(shí)效硬化。 鉻鎳鐵合金X750是另一種具有高耐腐蝕性和高強度的鎳鉻合金。該合金包含至少70％的鎳和平均15％的鉻。通過(guò)對該合金進(jìn)行不同的熱處理，可以實(shí)現不同的機械性能。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)濟選擇，例如燃氣輪機和火箭發(fā)動(dòng)機。
結論與建議
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(mén)。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部和外部耐腐蝕，但它們具有不同的應用，例如增加機械強度，減少摩擦和磨損，促進(jìn)循環(huán)并減輕疲勞應力。
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