Per què el seient de la vàlvula governa la fiabilitat de les canonades àcids i àlcalis
Els medis àcids i alcalins a les plantes de tractament de gasos químics, hidrometal·lúrgics i de combustió rarament són nets. Porten sòlids en suspensió, sals dissoltes i gas arrossegat, i arriben a la vàlvula a gran velocitat. El seient porta el diferencial de pressió total quan es tanca la vàlvula, de manera que qualsevol pèrdua de geometria de la cara es converteix directament en fuites, llacunes o cops de tija-. El cos de la vàlvula es pot reparar o substituir amb molta més facilitat que no es pot treure una línia fora de servei, és per això que la guarnició, i sobretot el seient, decideixen quant de temps es manté un punt d'aïllament ajustat.
El carbur de tungstè cimentat, també anomenat metall dur sinteritzat, s'ha convertit en el material predeterminat per a seients i guarnicions de servei greus. Combina un alt mòdul elàstic, una resistència a la compressió molt alta i una forta resistència al desgast per lliscament amb suficient conductivitat tèrmica per propagar la calor de fricció lluny de la cara de segellat.
Composició i Famílies de Grau Típic
El material és un compost de grans de carbur de tungstè (WC) units per una fase metàl·lica, normalment cobalt. La mida del gra, el contingut d'aglutinant i la química d'additius estableixen l'equilibri entre duresa i tenacitat. S'utilitzen tres famílies pràctiques per als seients de vàlvules:
Graus d'aglutinant baix, aproximadament un 6% de cobalt amb grans fins: duresa aproximadament de 89 a 91 HRA i resistència a la ruptura transversal a la regió de 2000 a 2400 MPa.
Graus d'aglutinant mitjà, 8% a 10% de cobalt: duresa al voltant de 88 a 90 HRA amb una resistència a la ruptura transversal d'aproximadament 2400 a 2900 MPa, un compromís comú per al servei àcid i àlcali general.
Graus alts d'aglutinant, 12% a 15% de cobalt: duresa propera a 86 a 88 HRA i resistència a la ruptura transversal fins a uns 3000 MPa, escollida on dominen l'impacte i el cicle tèrmic.
Les variants enfocades a la corrosió substitueixen part del cobalt amb níquel o níquel crom, o afegeixen carbur de crom, carbur de tàntal o carbur de niobi a l'esquelet del WC. La verificació de grau ha de seguir mètodes d'assaig de metall dur: densitat segons ISO 3369, duresa Rockwell A segons ISO 3738, resistència a la ruptura transversal segons ISO 3327 i microestructura segons ISO 4499-2.
Comportament de la corrosió en medis àcids i alcalins
En el carbur cimentat, l'aglutinant és la baula feble. Els àcids oxidants forts i els licors rics en clorurs ataquen primer el cobalt, després del qual els grans de WC es minven i cauen, de manera que la superfície s'endureix i la cara de segellat perd plana. Els àcids minerals diluïts a temperatura moderada provoquen una pèrdua general lenta. Per tant, el servei sulfúric, nítric i clorhídric concentrat necessita un grau d'unió de níquel o una opció sense carbur. Les solucions alcalines solen ser molt menys agressives, i les línies càustiques són una aplicació clàssica per als seients units de cobalt, tot i que l'àlcali concentrat calent encara ataca l'aglutinant durant una llarga exposició.
Com que el comportament depèn de la concentració, la temperatura, l'aireació i el flux, el rendiment de corrosió s'ha de qualificar mitjançant proves d'immersió o de bucle de flux en el medi real, amb un canvi de massa reportat per unitat d'àrea per any i la superfície examinada per a l'esgotament de l'aglutinant en lloc de jutjar-se només per l'aparença.
Desgast i erosió sota el flux de partícules carregades
La funció de purín i cristal·litzador exposa el seient a dos modes de dany diferents. A angles d'impacte baix, les fases dures resisteixen l'abrasió del ranurat i el gra fi, els graus d'alta duresa funcionen millor. A angles d'impacte elevats, la duresa de la fractura controla el resultat, de manera que els grans més gruixuts i el contingut d'aglutinant més alt sobreviuen millor encara que siguin més suaus. La velocitat té la influència única més forta, perquè la pèrdua d'erosió augmenta fortament amb la velocitat, de manera que una reducció modesta de la velocitat del flux a través de la geometria de tall sovint fa més per a la vida que un canvi de grau. Quan el medi també transporta catalitzadors durs o partícules de mineral, la vida útil del seient està limitada per la relació de duresa entre partícula i aglutinant, que és un argument més per mantenir el forat i el seient totalment exposats al flux en lloc de encastats.
Comportament a alta temperatura i integritat del segellat
El carbur cimentat manté la duresa útil molt per sobre del rang de retalls inoxidables endurits, però a l'aire l'aglutinant comença a oxidar-se des d'aproximadament 500 graus centígrads cap amunt, de manera que l'oxidació en calent requereix un disseny protector o sense carbur. L'expansió tèrmica difereix de la de l'acer portador, de manera que els seients s'ajusten, es subjecten o es solden en un suport i el conjunt està dissenyat perquè el carbur es mantingui en compressió. La qualitat del segellat depèn de la planitud i la textura més que de la duresa sola: les cares de segellat estan lligades a la planitud en unes poques bandes lleugeres i una rugositat superficial per sota d'uns 0,1 micròmetres de Ra, combinada amb un seient del cos igual de fi. La pressió i l'acceptació de fuites es prenen normalment de la norma ISO 5208 o API 598, amb el medi de prova i el temps de retenció acordats abans que s'alliberi la vàlvula.
Llista de verificació de selecció, mecanitzat i inspecció
| Paràmetre | Requisit típic per al servei àcid i àlcali |
|---|---|
| Contingut de l'enquadernador | del 6% al 10% de cobalt; Aglutinant a base de níquel per a licors rics en clorur |
| Duresa | 88 a 91 HRA, provat segons ISO 3738 |
| Força de ruptura transversal | 2000 a 2900 MPa, provat segons ISO 3327 |
| Gran mida WC | De 0,6 a 2 micròmetres segons la gravetat de l'impacte |
| Segellat de la planitud de la cara | Dins d'unes poques bandes de llum, lapa |
| Segellat de la rugositat de la cara | Ra 0,1 micròmetre o més fi |
| Control de defectes superficials | Sense porus visibles, esquerdes o estellades de vores a la zona de segellat |
| Prova de fuites | ISO 5208 o API 598, amb el temps mitjà i de retenció registrat |
Preguntes freqüents
P: El carbur de tungstè és adequat per a tots els serveis àcids?
No. Els graus units de cobalt manegen bé els àcids diluïts i la majoria dels mitjans alcalins, però els àcids fortament oxidants o alts en clorurs ataquen l'aglutinant, de manera que primer s'han d'avaluar els graus units al níquel o els materials sense carbur.
P: Quin grau s'adapta a un seient de vàlvula de purins?
Comenceu des d'un aglutinant mitjà, grau de gra fi al voltant de 88 a 90 HRA i, a continuació, passeu a un contingut de cobalt més alt si l'impacte o el cicle tèrmic causen estelles durant el servei.
P: Per què importa més el contingut de l'aglutinant que la duresa general?
La duresa descriu la resistència a l'abrasió del ranurat, mentre que l'aglutinant controla la resistència a la corrosió, la duresa i la retenció de les vores, de manera que dos graus de duresa igual poden comportar-se de manera molt diferent en el treball àcid.
P: Com es fixa un seient de carbur al cos de la vàlvula?
Normalment s'encaix, es subjecta mecànicament o es solda en un suport que manté l'anell en compressió i coincideix amb l'expansió de l'acer circumdant.
P: Com s'ha d'inspeccionar un seient abans del muntatge?
Comproveu les dimensions de l'anell, comproveu els registres de duresa i densitat, inspeccioneu la cara de segellat per detectar porus i estellades amb augment, i confirmeu la planitud i la rugositat en una referència solapada.
P: Es pot reacondicionar un seient de carbur desgastat?
El lligat pot restaurar la planitud quan el dany es limita a la capa superficial, però l'estellament, a través de les esquerdes o l'esgotament de l'aglutinant a la zona de segellat requereix la substitució de l'anell.
