Welches Ventil wird für hohe Temperaturen verwendet?

Im Allgemeinen wird 425 °C als Hochtemperaturventil bezeichnet, aber die am häufigsten verwendeten Ventile sind Schieber, Absperrventile, Rückschlagventile, Kugelhähne und Absperrklappen. Hochtemperaturventile werden in der Petrochemie, der chemischen Düngemittelherstellung, der Stromerzeugung und der Metallurgie eingesetzt.

Was definiert einen Hochtemperaturventil?

Bei der Auswahl eines Ventildesigns und eines Materials muss die Betriebstemperatur des Ventils mit dem Ventilkörper und den Materialien der Innengarnitur kompatibel sein. Hochtemperaturventile werden in der Petrochemie, Chemie, Düngemittelindustrie, Stromerzeugung und Metallurgie eingesetzt. Die Materialeigenschaften von Nichteisenmetallen, Kohlenstoffstahl und Legierungssorten werden entsprechend den Grenzen des Materials angegeben. Bronze beispielsweise darf 550 °F nicht überschreiten und gilt daher nicht als Hochtemperatur. Hochtemperatursorten sind:

Unterhohe Temperatur

Bei Subhochtemperaturventilen liegt die Betriebstemperatur des Ventils zwischen 625 und 800 Grad Fahrenheit.

WCB, WCC, A105, WC6 und WC9 werden hauptsächlich für korrosive Anwendungen in diesem Bereich verwendet: C5, CF8, CF3, CF8M und CF3M werden verwendet

Hochtemperaturstufe I

Hochtemperaturstufe I ist die Betriebstemperatur des Ventils im Bereich zwischen 800 und 1025 Grad Fahrenheit.

Die Materialien in diesem Bereich basieren auf CF8-Edelstahl der ASTM A351-Familie.

Hochtemperaturstufe II und Stufe III

Hochtemperaturstufe II und Stufe III liegen innerhalb der Arbeitstemperaturen des Ventils im Bereich zwischen 1025°F und 1350°F.

Die Materialien in diesem Bereich basieren auf CF8-Edelstahl der ASTM A351-Familie.

Bei Temperaturen über 1350 °F wird die Betriebstemperatur des Ventils als Hochtemperaturklasse IV und Klasse V eingestuft. Dies erfordert anwendungsspezifische Empfehlungen und kann nicht routinemäßig angegeben werden, da das Druck-Temperatur-Niveau zu plastischen Verformungen führen kann.

Druck-/Temperaturmatrix

Ventile aus Gussstahl oder Schmiedestahl können aus Kohlenstoffstahl oder Edelstahllegierungen hergestellt werden und die Ventile sind in der Lage, Temperaturen von 1000 °F bei bis zu 10.000 psi zu bewältigen. Diese Ventile werden mit vollgepanzerten Metall-Metall-Sitzen oder verschiedenen Chrom-Molybdän-Legierungen und exotischen Materialien wie Monel 400, Hastelloy C276, Inconel 600 und Inconel 625 hergestellt.

Hochtemperatur-Kugelhahn

Auslegungstemperatur von 121° bis 200°C (249,8° bis 392°F)

Kugelhähne für diesen Temperaturbereich können eine weiche Sitzkonstruktion mit thermoplastischen Einsätzen (Devlon V, Nylon, RPTFE, PEEK) und O-Ringen aus Elastomerdichtungen (FKM, FFKM, HNBR, EPDM, FEPM) haben; die Materialkonstruktion erfordert keine besondere Sorgfalt: Körper und Verschlüsse aus Kohlenstoffstahl und Edelstahl sind akzeptabel, wenn sie für andere Betriebsbedingungen und Druckwerte geeignet sind. Um ein Festfressen des Substrats zu verhindern, ist PMSS (Primary Metal Secondary Soft) eine mögliche Konstruktion, die durch ENP oder eine Metallsitzbeschichtung auf der Kugel bereitgestellt wird, um einen Härteunterschied zwischen der Kugel selbst und dem Sitzring aufrechtzuerhalten.

Auslegungstemperatur von 201° bis 350°C (393,8° bis 662°F)

Kugelhähne für diesen Temperaturbereich sollten eine Metallsitzkonstruktion mit Wolfram- oder Chromkarbidbeschichtung (von 150 µm bis 400 µm) auf den Kugel- und Sitzdichtflächen mit Graphitpackung und geeigneter Schaftverlängerung haben; die Verwendung von thermoplastischen und Elastomerverbindungen wie PEEK und FFKM sollte auf Temperaturen unter 250 °C und niedrige Drücke beschränkt werden; für druckführende und -regelnde Teile sollten Kohlenstoffstahl und rostfreier Stahl ausgewählt werden, die speziell für Hochtemperaturbedingungen geeignet sind; bei Kombination mit anderen Betriebsbedingungen wie hohem Druck und korrosiven und schmutzigen Anwendungen werden Materialien mit guten Festigkeitseigenschaften wie 17-4PH, XM19 oder in einigen Fällen Inconel 625 und 718 für Kugel, Sitzringe und Schaft empfohlen.

Auslegungstemperatur von 351° bis 550°C (663,8° bis 1022°F)

Kugelhähne für diesen Temperaturbereich müssen über eine Metallsitzkonstruktion mit Chromkarbidbeschichtung (von 150 µm bis 400 µm) oder Stellite-Beschichtung auf den Dichtflächen von Kugel und Sitz mit Graphitdichtung und geeigneter Schaftverlängerung verfügen. Der Härteunterschied zwischen Sitz und Kugel ist notwendig, um ein Festfressen zu vermeiden. Für eine geeignete Ventilkonstruktion werden Edelstahl (speziell für Hochtemperaturbedingungen) für Körper und Verschlüsse sowie Inconel 625 oder Inconel 718 als Innenausstattung oder zumindest als Schaftmaterial dringend empfohlen.

Auslegungstemperatur von 551° bis 1100°C (1023,8° bis 2012°F)

Kugelhähne für diesen extremen Temperaturbereich müssen eine spezielle Konstruktion mit metallischem Sitz und Stellite-Beschichtung, Graphitdichtung und geeigneter Schaftverlängerung aufweisen; für eine geeignete Ventilkonstruktion müssen spezielle Legierungen für Hochtemperaturbedingungen ausgewählt werden.

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Wie wählt man Ventilmaterialien für Hochtemperaturbedingungen aus?

Die Hochtemperatur-Arbeitsbedingungen umfassen hauptsächlich Untertemperatur, Hochtemperaturklasse I, Hochtemperaturklasse II, Hochtemperaturklasse III, Hochtemperaturklasse IV und Hochtemperaturklasse V, die im Folgenden separat vorgestellt werden.

1. Unterhohe Temperatur

Unter hoher Temperatur liegt die Betriebstemperatur des Ventils im Bereich von 325 bis 425 °C. Wenn das Medium Wasser und Dampf ist, werden hauptsächlich WCB, WCC, A105, WC6 und WC9 verwendet. Wenn das Medium schwefelhaltiges Öl ist, werden hauptsächlich C5, CF8, CF3, CF8M, CF3M usw. verwendet, die gegen Sulfidkorrosion beständig sind. Sie werden hauptsächlich in atmosphärischen und Vakuumgeräten sowie in Delayed-Coking-Geräten in Ölraffinerien verwendet..

Derzeit werden Ventile aus CF8, CF8M, CF3 und CF3M nicht für Korrosion durch Säurelösungen verwendet, sondern für schwefelhaltige Ölprodukte sowie Öl- und Gaspipelines. Unter diesen Betriebsbedingungen beträgt die maximale Betriebstemperatur von CF8, CF8M, CF3 und CF3M 450 °C.

Für Dampfleitungsschieber von Kraftwerken, Zeco-Design mit Schieber mit Pressdichtung, Anwendungstemperatur 450 °C.

2. Hochtemperaturklasse I

Wenn die Betriebstemperatur des Ventils 425 bis 550 °C beträgt, handelt es sich um Hochtemperaturklasse I (als PI-Klasse bezeichnet). Das Hauptmaterial des PI-Ventils ist CF8 im ASTMA351-Standard, was „hochtemperaturbeständiger Stahl der Klasse I mit mittlerem Kohlenstoffgehalt aus Chrom-Nickel-Seltenerd-Titan und hoher Qualität“ ist. Da die PI-Klasse eine spezifische Bezeichnung ist, ist das Konzept des Hochtemperatur-Edelstahls (P) hier enthalten. Wenn das Betriebsmedium Wasser oder Dampf ist, kann daher auch Hochtemperaturstahl WC6 (t ≤ 540 °C) oder WC9 (t ≤ 570 °C) verwendet werden, obwohl Hochtemperaturstahl C5 (ZG1Cr5Mo) auch für schwefelhaltiges Öl verwendet werden kann. Sie können hier nicht als PI-Klassen bezeichnet werden.

3. Hochtemperaturklasse Ⅱ

Die Arbeitstemperatur des Ventils beträgt 550 ~ 650 ℃, was als Hochtemperatur eingestellt ist Klasse II (kurz P-Klasse II genannt). Das Hochtemperaturventil PⅡ wird hauptsächlich in Schweröl-Katalyse-Crackanlagen von Ölraffinerien verwendet. Es enthält verschleißfeste Schieberventile mit Hochtemperaturauskleidung, die in der Dreifach-Rotationsdüse und anderen Teilen verwendet werden. Das Hauptmaterial des Ventils PⅡ ist CF8 im ASTMA351-Standard basierend auf „Hochtemperatur Ⅱ mittelkohlenstoffhaltiger, mit Chrom, Nickel und Seltenen Erden verstärkter, hitzebeständiger Stahl der Güteklasse Titan/Tantal“.

4. Hohe Temperatur Ⅲ

Die Betriebstemperatur des Ventils beträgt 650 bis 730 °C und ist auf Hochtemperatur Ⅲ (bezeichnet als P Ⅲ) eingestellt. PⅢ-Hochtemperaturventile werden hauptsächlich in großen Schweröl-Katalyse-Crackanlagen in Raffinerien eingesetzt. Das Hauptkörpermaterial des Hochtemperaturventils der Klasse PⅢ ist CF8M, basierend auf dem ASTMA351-Standard „Hochtemperatur-Klasse III, mittlerer Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Molybdän, seltene Erden, Titan, Tantal, verstärkte Wärme
widerstandsfähiger Stahl“.   

5. Hohe Temperatur Ⅳ

Die Betriebstemperatur des Ventils beträgt 730 bis 816 °C und ist auf die Hochtemperaturstufe Ⅳ (kurz als P Ⅳ-Stufe bezeichnet) eingestellt. Die Obergrenze der Betriebstemperatur des PIV-Ventils beträgt 816 °C, da die maximale Temperatur, die in der Druck-Temperatur-Bewertung des Ventildesigns gemäß ASMEB16134 vorgesehen ist, 816 °C (1500υ) beträgt. Darüber hinaus ist der Stahl, wenn die Betriebstemperatur 816 °C überschreitet, kurz davor, in die Schmiedetemperaturzone einzutreten. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Metall in der Zone der plastischen Verformung, das Metall hat eine gute Plastizität und es ist schwierig, hohem Betriebsdruck und Aufprallkraft standzuhalten, ohne verformt zu bleiben. Das Hauptmaterial des PⅣ-Ventils ist CF8M gemäß ASTMA351-Standard, ein Grundtyp „hochtemperaturbeständiger Stahl der Güteklasse IV mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, Chrom, Nickel, Molybdän, seltenen Erden, Titan und Tantal“. Hitzebeständige rostfreie Stähle wie F310 (C-Gehalt ≥01050%) und F310H in den Standards CK-20 und ASTMA182.    

6. Hohe Temperatur Ⅴ Stufe

Die Betriebstemperatur des Ventils liegt über 816 °C. Es wird als Klasse P2 bezeichnet. Hochtemperaturventile der Klasse P2 (die als Absperrventile und nicht als Regelklappenventile verwendet werden) müssen spezielle Konstruktionsmethoden verwenden, wie z. B. Isolierung der Auskleidung oder Wasser- oder Gaskühlung usw., um den normalen Betrieb des Ventils sicherzustellen. Daher ist die Obergrenze der Betriebstemperatur des Hochtemperaturventils P2 nicht spezifiziert, da die Betriebstemperatur des Regelventils nicht nur durch Materialien, sondern durch spezielle Konstruktionsmittel gelöst wird und die Grundprinzipien der Konstruktionsmittel dieselben sind. Für Hochtemperaturventile der Klasse P2 können geeignete Materialien ausgewählt werden, die dem Ventil entsprechend seinem Betriebsmedium und Betriebsdruck sowie der verwendeten speziellen Konstruktionsmethode gerecht werden. Bei Hochtemperaturventilen der Klasse P2 werden für die Rauchrohr- oder Drosselklappeneinsätze oder Drosselklappenplatten häufig Hochtemperaturlegierungen HK-30 oder HK-40 gemäß ASTMA297-Standard verwendet. Sie sind oxidations- und korrosionsbeständig gegenüber reduzierenden Gasen unter 1150 °C, können jedoch Stößen und hohen Druckbelastungen nicht standhalten.

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