大通径止回阀的选材和结构设计

张鑫邹清鹏 王红利

（宝色特种设备有限公司)

大通径止回阀的选材和结构设计

张鑫*邹清鹏 王红利

（宝色特种设备有限公司)

止回阀是一种自动阻止介质逆流的阀门，其结构简单，能自动启闭，因而广泛应用于各个领域。对大通径旋启式止回阀的选材和结构设计进行了研究。

止回阀 缝隙腐蚀 阀座 阀瓣 TA9合金 结构设计

止回阀是一种阀瓣借助于介质作用力、自动阻止介质逆流的阀门。因其密封面上只有介质压力的作用而无强制密封力的作用，所以密封性能比其他型式的阀门要稍差一些。止回阀因其具有结构简单、可自动启闭等优点而广泛应用于各个领域。本文重点分析了DN350大通径旋启式止回阀的选材和结构设计方面的问题。

1 结构特点

笔者设计的H44H－150LB-350型DN350旋启式止回阀，因其通径大、抗缝隙腐蚀要求高，所以在选材及结构设计上需要格外加以注意。经综合考虑，决定采用法兰连接、摇杆穿出体外的结构型式，这样可降低大通径阀门的制造难度。密封面是本次设计的重点。阀座采用整体式阀座，直接在阀体基材TA2上堆焊一定厚度的TA9合金，加工后作为密封面。阀瓣基材也选用TA2材料，密封面上堆焊一定厚度的TA9合金，加工后与阀座相配合。这种阀门型式结构简单，加工难度低，不仅满足阀门的强度和抗缝隙腐蚀要求，还大大降低了成本。

该阀的使用工况是：工作压力p=2.0 MPa，工作温度200℃，最高工作温度425℃，使用介质为水、蒸汽、油品、海水等的混合物。

2 阀的主体材料选用

（1）阀体材料

由于阀门的使用介质是水、蒸汽、油品和海水混合物，所以该阀在保证正常性能外还应具有一定的抗腐蚀性能。考虑到阀门的尺寸较大，所以阀体材料选用强度高和抗腐蚀性能较优越的TA2材料。

（2）密封面及配合面材料的选用

当金属表面存在异物或结构上的原因而形成缝隙时，缝隙内溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难，造成缝隙周围金属腐蚀，称之为缝隙腐蚀。钛的缝隙腐蚀与温度、氯化物浓度、pH值以及缝隙的尺寸有着密切的关系。在海水中，当温度在149°C以下时，钛不会发生腐蚀。当温度超过121°C时，钛在极狭窄的缝隙内可能发生腐蚀，但当温度超过149°C时，钛在较宽的间隙中也会发生腐蚀。温度和氯化物浓度越高，钛的缝隙腐蚀倾向就越大。钛的缝隙腐蚀敏感性还与间隙的大小有关，狭窄的间隙发生缝隙腐蚀的可能性要比宽间隙来得大。缝隙一般在0.025～0.1 mm之间，就有可能发生缝隙腐蚀。为防止缝隙腐蚀的产生，在结构设计中应尽量避免形成缝隙，避免造成容易产生表面沉积的几何条件，并选择合适的材料。

TA9合金，化学名称为Ti-0.2Pb,是在纯钛中加入约0.2%Pb（钯）制成的钛-钯合金，它的机械性能与工业纯钛相近，但它的耐腐蚀性能比工业纯钛要优越得多，用于抗缝隙腐蚀的部位效果尤佳。

因为阀门的使用介质中有海水，且工作温度为200℃，最高工作温度达425℃，极易产生缝隙腐蚀，所以在阀体上所有有配合的地方均应采取措施，即在基材TA2上堆焊一定厚度的TA9合金并进行加工，对于一些小的零件也可直接用TA9合金加工。这样就可大大提高阀门的抗缝隙腐蚀性能，大大延长阀门的使用寿命。

3 结构设计

（1）阀体最小壁厚

按用户所提技术要求，本次设计应符合API 600标准，故可直接采用查表法进行设计。已知DN=350 mm和PN=2.0 MPa，按照API 600标准，查相应的表得最小壁厚为16.6 mm。

考虑到结构应力和腐蚀裕度，需要增加壁厚3.0 mm，故最小壁厚为16.6+3.0=19.6 mm。

圆整后，阀体最小壁厚取值为20 mm。

（2）密封副结构

止回阀设有阀座和阀瓣密封副。常规的止回阀密封面是在阀体和阀瓣上直接加工而成的。综合考虑后，密封副采用在阀体和阀瓣基体材料TA2上堆焊一定厚度的TA9合金，再进行机加工使之达到较低的表面粗糙度，从而保证良好的密封性能。

①阀座结构。采用焊接阀座，在基体材料TA2上堆焊一定厚度的TA9合金作为密封面。考虑到密封面宽度和密封性能成反比，而且密封面越宽，加工难度越大，所以密封面不宜太宽。TA9合金层加工后要求保证其厚度达到4 mm，密封面的粗糙度要求为Ra3.2 μm。阀座密封面结构见图1。

图1 阀座密封面结构

②阀瓣结构。阀瓣也采用在基体材料TA2上堆焊一定厚度的TA9合金。TA9合金层加工后要求保证其厚度达到4 mm，密封面的粗糙度要求达到Ra3.2 μm。

摇杆、锁紧螺母、销轴等与其他部件的连接与配合处也容易产生缝隙腐蚀，所以均采用在基材TA2上堆焊适当厚度的TA9合金再进行加工，小零件可直接用TA9合金加工制成。

与摇杆、锁紧螺母等相接触的部分容易产生缝隙腐蚀，也采取将TA9合金堆焊在基体TA2上，再进行加工。阀瓣结构见图2。

图2 阀瓣结构

4 结语

本文对H44H-150LB-350型大通径旋启式止回阀的设计，在选材和抗缝隙腐蚀的结构设计方面积累了一些经验。本次设计不仅满足了用户要求，而且填补了我公司大通径阀门设计和生产的空白。实践证明，H44H-150LB-350型大通径旋启式止回阀产品的各项性能指标完全符合设计和用户的要求，使用情况良好。

Material Selection and Structure Design of the Large Diameter Check Valve

Zhang Xin Zhou Qingpeng Wang Hongli

Check valve is a kind of valve that can automatically prevent counter current of medium.Because of simple structure and automatic opening and closing,it is widely used in various fields.In this paper it mainly studies the material selection and structure design of large diameter swing check valves.

Check valve;Crevice corrosion;Valve seat;Valve clack;TA9 Alloy;Structure design

TQ 055.8

2015-01-09）

*张鑫，女，1980年生，工程师。金鸡市，721014。