之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應用，現(xiàn)在介紹金屬硬密封閥座球閥技術改造通過對金屬座球閥項目背景進行介紹，閱述了進行項目研制開發(fā)的意義。針對國內(nèi)外相關技術發(fā)展概況和趁勢，提出項目的研發(fā)管理過程。采用并聯(lián)技術路線，進行 30MPa/600℃ 金屬座球閥研發(fā)，將科研管理分解到技術要求中。通過項目的技術和經(jīng)濟效益分析，指出項目具有良好的節(jié)能效果。（金屬硬密封球閥），手動鑄鋼硬密封球閥體表面采用*噴涂技術，通過對各種不同工況條件的處理，zui高硬度可達HRC78。閥座密封面的處理，zui高硬度可達HRC72。球體和閥座進行配對研磨，球閥整個密封面的所有密封區(qū)域均經(jīng)過精密研磨。適合于高溫高壓的水、蒸汽、石油、煤炭、纖維、稠性和腐蝕性介質，以及帶顆粒的介質。金屬密封球閥有浮動球和固定球兩種結構金屬閥座環(huán)與球面接觸，通過作用在閥座環(huán)上均勻的彈簧負荷使閥座環(huán)與球面形成密封。
由于彈簧負荷的作用使輔助密封膨脹，實現(xiàn)閥體與閥座之間的密封.彈簧的載荷足以提供閥座與球體間可靠密封,在低壓條件下，可以在閥座密封面與球體之間設計有密封脂注入系統(tǒng)。球閥密封面磨損破壞是球閥的主要失效形式之一,采用表面處理提高球閥密封面表面硬度和耐磨性,既能降低成本又能獲得良好的使用效果。目前溫州閥門企業(yè)對球閥密封面耐磨性研究主要是針對試樣進行的,忽略了實際工況的影響,同時也缺乏直接檢測不同表面處理工藝強化效果的方法和設施。為此本論文對比研究了滲氮、噴涂WC、噴焊Ni60和噴焊Ni60+PVD四種工藝的物理性能,并設計了一種模擬球閥實際使用工況的壽命測試裝置,在該裝置上對不同工藝的強化效果進行了檢測。由于自身工藝原因,滲氮強化層薄,其它三種工藝都可以成型較厚的強化層。噴涂WC孔隙率大,二次重熔使噴焊Ni60和噴焊Ni60+PVD工藝的孔隙率比噴涂WC減小一半。四種工藝在幾何圓度誤差上均能滿足生產(chǎn)要求。四種工藝中噴焊Ni60表面硬度低,滲氮和噴涂WC二者相近,均高于噴焊Ni60;噴焊Ni60+PVD復合工藝表面硬度,是單純噴焊Ni60的2倍。噴涂WC抗熱震性差,噴焊Ni60次之,噴焊Ni60+PVD復合工藝明顯優(yōu)于單純噴焊Ni60,但略低于滲氮工藝。滲氮工藝向不銹鋼基體滲入了N元素,引起不銹鋼貧鉻,導致耐腐蝕性下降,而其它三種工藝沒有這個問題,耐腐蝕性均優(yōu)于滲氮工藝。綜合以上結果認為:噴焊Ni60+PVD復合工藝綜合物理性能。
關鍵詞：金屬座球閥；熱噴涂技術；研發(fā)管理
1 金屬硬密封閥座球閥技術改造項目概背景及研制開發(fā)意義
1.1 金屬座球閥科研開發(fā)項目概背景
國內(nèi)火力發(fā)電機組單機容量和參數(shù)等級的不斷提高，對發(fā)電設備的耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化等性能提出了更高要求。電廠設備中磨損、高溫腐蝕問題，給電站設備帶來安全隱患和事故，增加了檢修費用，降低了發(fā)電設備的利用率比。熱噴涂技術作為材料表面強化、保護和尺寸恢復的新技術，能夠提高發(fā)電設備的利用率，減少設備的檢修費用，對降低發(fā)電成本有重要的意義，在設備維修、機械制造中得到廣泛應用。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥在高溫、高壓的工業(yè)條件下，高溫高壓疏水系統(tǒng)閥門的內(nèi)部漏泄將造成巨大的能源浪費，且增大系統(tǒng)磨損。傳統(tǒng)的截止閥、閘閥無法適應高溫高壓工況的要求。研制開發(fā)高溫高壓金屬座球閥（DN40~DN60）具有技術優(yōu)勢，可以解決熱力系統(tǒng)的高品質介質泄漏以及設備磨損等問題。金屬硬密封球閥球體表面采用特殊表面硬化處理，閥座整體用特種硬質材料或局部堆焊硬質材料，確保密封圈之間有合適的硬度差，因此適合固體顆粒和磨料介質。由于密封填料方面采用柔性石墨，金屬纏繞式墊片，能用于高溫、高壓工況，并具有耐火燒功能。
【產(chǎn)品特點】：
1、本身具有防火防靜電功能。
2、手柄與閥桿采用扁方型連接。也可根據(jù)需要加鎖定結構，防止誤操作。
3、采用下裝式閥桿、設置倒密封結構，確保填料處可靠密封及防止閥桿脫出。
4、閥座采用圓柱形彈簧加截的金屬硬密封結構，能適應于較高溫度及各種粉塵與固體顆粒介質。
1.2 研制開發(fā)意義
高溫高壓金屬座球閥（DN4O~DN60）科研開發(fā)項目的重點是將超音速熱噴涂技術進行引申，因為這一技術在電站汽輪機末級葉片防水蝕、大幅度提高汽輪機和鍋爐等設備的關鍵部位防磨損能力方面具有廣闊的應用前景。高溫高壓金屬座球閥的應用可解決目前我國多數(shù)電廠存在的鍋爐、汽輪機本體及管道疏放水高性能閥門的配備問題，這將有效減少高品位工質內(nèi)部漏泄，并對熱力系統(tǒng)進行有效優(yōu)化，提高機組熱效率。高溫高壓金屬座球閥（DN40~DN60）在電力行業(yè)的推廣應用，可替代大量進口的同類產(chǎn)品，提升我國高溫高壓閥門的技術水平，有效降低企業(yè)的設備采購成本。因此，本研究項目具有現(xiàn)實意義。 
2 金屬硬密封閥座球閥技術改造國內(nèi)外相關技術發(fā)展概況和趨勢
2.1 電廠的閥門使用情況介紹
電廠熱力系統(tǒng)應用的閥門，工作在高溫高壓的參數(shù)環(huán)境下，這對閥門自動控制的可靠性要求較高。由于我國閥門的研究和制造還處于技術攻堅階段，目前國內(nèi)使用的閥門主要依賴國外進口，國內(nèi)電廠每年僅閥門進口額度就超過 100 億元人民幣，因此引進、消化、吸收世界閥門技術，對我國設備制造業(yè)有著重要意義。其中小型高溫高壓金屬座球閥尤其應當實現(xiàn)國產(chǎn)化，該項目不但可為電廠節(jié)能方面帶來可觀的經(jīng)濟效益，而且在電力行業(yè)內(nèi)有巨大的推廣空間。
2.2 超音速熱噴涂技術的發(fā)展
熱噴涂方法可分為燃燒法和電熱法。燃燒法包括火焰噴涂、爆炸噴涂；電熱法包括電弧噴涂、等離子噴涂。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了超音速火焰噴涂、超音速等離子噴涂、激光噴涂、反應熱噴涂和冷噴涂等工藝。
（l）超音速火焰噴涂。超音速火焰噴涂（High Velocity Oxygen Fuel，簡稱 HVOF）法主要是采用高壓水冷的反應腔和細長的噴射管，將燃料（煤油、乙炔、丙烯和氫氣）和氧氣送人反應腔燃燒，產(chǎn)生高壓火焰，燃燒火焰被噴射管壓縮并加速噴射。噴射粉末可以用高向送人或從噴射管側面送人。另一種方法是將燃料（煤油、乙炔、丙烯和氫氣）和氧氣通過高壓噴射，在噴嘴外燃燒，將噴射粉末用高壓氣體從噴嘴內(nèi)軸向射人火焰中，然后通過嘴外空氣罩中的壓縮氣體將燃燒火焰壓縮、加速并將熔融的粉末噴向基板。該法的特點是：射流速度高，焰流溫度比爆炸噴涂低，適合碳化物涂層。采用超音速火焰噴涂獲得的涂層密度可達理論密度的 99.9%，強度達 70MPa 以上；且涂層雜質少，涂層殘余應力小，有些情況下可得到設計的殘余應力，因此可噴涂較厚涂層，且噴涂效率高。但它也存在燃料消耗大、成本較高等缺點。
（2）超音速等離子噴涂。超音速等離子噴涂的原理是將主氣（氮氣，流量較小）由后槍體輸入，而大量的次級氣（氮氣或氮氣與氫氣的混合氣）經(jīng)氣體旋流環(huán)的作用后，與主氣一同從拉伐爾管形的二次噴嘴射出（鎢極接負極，引弧時一次噴嘴接正極），在初級氣中經(jīng)高頻引弧，爾后，正極轉接二次噴嘴，即在鎢極與二次噴嘴內(nèi)壁間產(chǎn)生電弧。在旋轉的次級氣的強烈作用下，電弧被壓縮在噴嘴的中心并拉長至噴嘴外緣，形成高壓的擴展等離子弧。大功率擴展的等離子弧有效地加熱主氣和次級氣，從而獲得從噴嘴射出的穩(wěn)定的、集聚的超音速等離子射流。噴射粉末經(jīng)送粉嘴加人超音速等離子流，獲得很高的溫度和動能，撞擊在工件表面形成涂層。該方法的主要特點是具有*的熱源溫度（等離子弧溫度高達 16000℃）和功率，因此能夠在短時間內(nèi)將陶瓷粉末加熱到其熔點以上，得到高質量的涂層。它兼有等離子弧噴涂的加熱溫度高和氣體爆炸噴涂及 HVOF 噴涂的噴涂材料飛行速度快的特點。
2.3 熱噴涂技術在電力工業(yè)的實際應用情況
在機械設備制造工業(yè)中，*熱噴涂技術應用比較廣泛，如噴涂耐腐蝕涂層、噴涂耐磨涂層、噴涂耐高溫涂層、噴涂功能涂層、噴涂成型等，這些技術應用可以提高設備的防泄漏和防磨能力，特別是在電力工業(yè)自動控制的可靠性、安全性以及高溫高壓工況要求更加嚴格的情況下，為熱噴涂技術應用提供了廣闊空間。
熱噴涂技術在電力工業(yè)中的應用主要有下述幾個方面：發(fā)電機汽缸平面尺寸的恢復；在水輪機部件上，主要應用高速火焰噴涂（HVOF）快速修復因汽蝕與泥沙磨損破壞的水電站水輪機；在風機設備及關鍵部件中的應用；火力發(fā)電廠鍋爐“四管”（水冷壁管、過熱器管、再熱器管和省煤器管）的防腐蝕和抗沖蝕中的應用，發(fā)電機轉子軸頸、電刷、柱塞、軸套、球磨機軸頸、高溫高壓閥門的門桿和閥座等表面的噴涂修復及強化修復；汽輪機高中壓轉子油擋軸承的噴涂等。可以看出，熱噴涂技術在電力工業(yè)的實際應用十分廣泛。
3 金屬硬密封閥座球閥技術改造研發(fā)管理過程的介紹
3.1 研制開發(fā)的前期準備
為攻克這一項目，2005 年年初，我們即投人人力和資金展開研究，重點用于核心工藝的研究與試驗。截至目前，已掌握該項目國產(chǎn)合金材料選用、熱加工工藝制定、磨削及研磨方法等技術。在項目全面展開過程中，我們重點對精密加工裝備（包括熱加工裝備）、檢驗裝備等進行招標購買、組裝、調(diào)試，以保證研發(fā)中能有效地獲取試驗數(shù)據(jù)，進行對比試驗以及評價設備質量水平等。我們還準備先小批量生產(chǎn)，再進行現(xiàn)場實際應用，通過現(xiàn)場應用的數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)的對比，提出核心技術的控制點，逐步形成自己的產(chǎn)品核心技術，形成產(chǎn)品的竟爭力，從而保證產(chǎn)品質量，為大量進行產(chǎn)品制造提供保障。
3.2 研發(fā)項目技術的關鍵點
高溫高壓金屬座球閥科研開發(fā)項目主要應用于超超臨界火力發(fā)電機組（工作介質 30MPa、600℃）鍋爐、汽輪機本體及管道疏放水系統(tǒng)，用以解決高參數(shù)條件下疏放水閥門內(nèi)部漏泄問題，達到節(jié)能、降低成本以及在國內(nèi)電力行業(yè)推廣應用、創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益的目的。在研發(fā)過程中，通過設計計算與試驗數(shù)據(jù)分析，我們認為該項目屬于小型精密機械制造業(yè)項目，金屬材料選擇和檢驗、熱加工工藝、熱噴涂和熱噴涂的后加工工藝、面密封研磨等是項目技術的關鍵點，應把握好這些技術關鍵點以確保項日成功。
3.3 研發(fā)項目的考核管理目標
在閥后串聯(lián)節(jié)流孔，以旁路的方式接人熱力系統(tǒng)，在機組正常運行的條件下，每天開關一次閥門，連續(xù) 20 天，如果無內(nèi)漏情況，表明達到要求。這一工況相當于該閥門在機組上正常服役 4 年。
3.4 項目方案的流程設計
實施方式：成立課題組，建立專門組織機構負責該項目；技術路線：采取并聯(lián)的技術路線，將難點技術問題進行分解，分別攻克，達到與國外進口高溫高壓金屬座球閥同等水平或高于進口水平，并對有價值的分支技術進行引申再發(fā)展，取得引申成果。
并聯(lián)技術路線如下：材料選擇及熱加工工藝；機加成型及工藝裝備；熱噴涂和熱噴涂的后續(xù)加工技術及裝備；環(huán)形球面密封研磨及裝備；檢驗技術；總體協(xié)調(diào)等。采取并聯(lián)技術路線可以加快開發(fā)速度，提高每一個分支技術水平，終保證終端產(chǎn)品的技術水平。
4 技術經(jīng)濟分析和社會經(jīng)濟效益分析
4.1 技術經(jīng)濟分析
國內(nèi)火力發(fā)電的主力機組已由 200MW 提高到 300MW 和 600MW，參數(shù)等級已由超高壓、亞臨界發(fā)展為超臨界和超超臨界。國內(nèi)現(xiàn)有技術條件下的鍋爐、汽輪機本體及管道疏水閥門存在的主要問題是內(nèi)部漏泄，高品位工作介質未經(jīng)做功直接到低端，造成大量熱能損失。該項目研發(fā)的金屬球閥以其優(yōu)良的密封性能和特殊的結構及優(yōu)良的耐用性，能夠很好地解決這一難題。
4.2 經(jīng)濟效益分析
僅節(jié)約能耗一項來看，全面應用該產(chǎn)品每年可為由于造價降低，應用范圍將相應擴大，可以間接為社會創(chuàng)造更多的效益。
4.3 科研資金問題的解決
主要用于熱噴涂設備優(yōu)化改造及大量的工業(yè)對比試驗和參數(shù)測量等。在此過程中科學地進行資金預算，以保證整體資金問題的解決。
5 結束語
高溫高壓金屬座球閥是我們重點組織開發(fā)的一個節(jié)能降耗產(chǎn)品，該產(chǎn)品在本地應用以后，還有很大的推廣空間。除了研發(fā)條件的優(yōu)勢外，還有一個重要優(yōu)勢，就是其備方便的工業(yè)試驗條件，可以在運行機組上反復試驗，目前已經(jīng)取得了大量數(shù)據(jù)，少量樣品開始進行實驗。實驗表明，該項目可用于超超臨界汽輪發(fā)電機組鍋爐和汽輪機本體及管道疏放水系統(tǒng)，達到進口西方*同等水平、可替代進門產(chǎn)品，有巨大的節(jié)能價值。與本文相關的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
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