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    減溫減壓控制閥是1種在蒸汽系統既能減低溫度、又能降低壓力且具有調節性能的自動(dòng)控制閥。文中對減溫減壓控制閥設計中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，提出閥門(mén)各部分的結構的優(yōu)化設計方案和材質(zhì)的選用。
　　目前國內還沒(méi)有針對減溫減壓控制閥進(jìn)行更深入的研制和開(kāi)發(fā)，而國內煉油化工企業(yè)對減溫減壓控制閥的需求量還很大。因減溫減壓控制閥的短缺且無(wú)替代產(chǎn)品，每年都需要花費大量外匯從國外進(jìn)口這種減溫減壓控制閥。該產(chǎn)品的研制成功，將替代國外進(jìn)口的產(chǎn)品，滿(mǎn)足煉油化工企業(yè)的生產(chǎn)需要、節省大量投資。
　　由于減溫減壓控制閥使用工況條件比較惡劣，主要用于控制溫度高、壓差較大的調節。設計選擇了輸出力大的ZMSZ-4型多彈簧氣動(dòng)薄膜執行機構。即采用8組組合彈簧均勻地分布于膜頭之內，這樣采用較小的彈簧組替代較大的獨立彈簧的方式，降低了加工成本，縮小了整體尺寸，使軸向長(cháng)度縮短為原來(lái)普通結構的1/3左右，特別是減溫減壓控制閥采用這種結構后體積大大縮小，降低了安裝難度，方便了工藝配管的設計。同時(shí)節約了材料，降低了制造難度，控制了制造成本，上海明精提高了產(chǎn)品零配件的通用程度。
　　1.2 閥內件
　　閥內件是減溫減壓控制閥的關(guān)鍵部件，它直接影響減溫減壓控制閥的流量特性。過(guò)去通常采用普通單座閥芯、閥座，但這種型式閥內件的可調比較小，使用壓差較低。由于現場(chǎng)工作條件苛刻，經(jīng)過(guò)幾年沖刷，閥芯的流量特性發(fā)生了較大變化，控制閥的減溫減壓的工作特性逐漸變壞，就經(jīng)常出現因汽、水分配不勻而產(chǎn)生打水錘現象，伴隨著(zhù)閥芯震動(dòng)又出現了閥芯轉動(dòng)、卡滯的現象對生產(chǎn)造成較大影響。因此，對減溫減壓控制閥閥內件型式進(jìn)行了研究和設計;針對閥芯所受的不平衡力，閥門(mén)可調比較小的具體情況，將閥內件設計成為籠式雙座結構。提高減溫減壓控制閥工作穩定性，增大可調比，消除了噪音.
　　1.3 分流配水器的結構
　　分流器配水不均一直是困擾減溫減壓控制閥應用的難題。目前減溫減壓控制閥分流配水方式主要有2種頂部配水(閥芯中間)和底部配水結構。采用底部配水結構，在閥的底部配水，不將水直接注入在閥芯上使水不在閥芯上汽化，從而避免了閥芯震動(dòng)的可能。上海明精為了提高注入與過(guò)熱蒸汽的換熱面積，將分流配水器設計成導流罩的形狀，同時(shí)在上面開(kāi)出導流槽，水從導流槽里的孔中噴出與被導向的過(guò)熱蒸汽充分換熱汽化。采用分流配水器的結構和閥內件籠式雙座結構具有較為先進(jìn)水平。
　　2 材料的性能分析
　　2.1 機械性能
　　對于閥門(mén)的密封面的硬度指標，最重要的是在高溫下材料硬度的變化，高溫下控制閥材質(zhì)的硬度變化見(jiàn)圖1。
　　1-鉻化硼合金;2-司太立合金;3-9Cr18Mo;
　　圖1 高溫下材質(zhì)的硬度變化
　　當減溫減壓控制閥的工況溫度超過(guò)400℃時(shí)，在實(shí)際使用過(guò)程中閥門(mén)材質(zhì)會(huì )出現蠕變和斷裂的情況。上海明精減溫減壓控制閥部件在高溫條件下長(cháng)時(shí)間受載時(shí)，所受力超出其蠕變極限值，此情況下材質(zhì)除產(chǎn)生彈性變形外，還會(huì )產(chǎn)生材質(zhì)的蠕變。實(shí)際使用中還發(fā)現應力小于對應溫度下材料的屈服極限，但仍產(chǎn)生變形的情況，在設計過(guò)程中需要對這些情況進(jìn)行考慮。
　　在同一溫度下，應力與蠕變速度成正比關(guān)系;在同一應力下，溫度與蠕變速度成正比關(guān)系。所以材質(zhì)所受的應力和材質(zhì)的溫度決定了其蠕變速度。在化工裝置的減溫減壓控制閥設計中，工藝管道系統的條件決定了閥體的工作溫度，而工藝介質(zhì)的腐蝕性、粘度等條件又決定了閥門(mén)的材質(zhì)，所以在減溫減壓控制閥設計中關(guān)鍵的是許用應力的計算確認。如果為了使控制閥材質(zhì)不產(chǎn)生蠕變，一味的提高材質(zhì)物理蠕變極限來(lái)設計，那么結果一是造成控制閥體積和質(zhì)量過(guò)大，給現場(chǎng)安裝帶來(lái)問(wèn)題，二是將造成控制閥制造成本上升，浪費人力物力。所以首先要充分熟悉控制閥材質(zhì)的蠕變速度規律，確定一個(gè)合適的應力，在保證控制閥能達到正常使用年限的基礎上，減少總的蠕變發(fā)生，簡(jiǎn)化控制閥結構，降低成本。
　　在實(shí)際使用過(guò)程中，減溫減壓控制閥出現過(guò)由于長(cháng)時(shí)間處于高溫載荷的工況下而出現控制閥部件斷裂現象，造成控制閥故障。金屬材質(zhì)在高溫短時(shí)荷載作用下，金屬材料的塑性增加，但在高溫長(cháng)時(shí)間荷載作用下，塑性卻顯著(zhù)降低，缺口敏感性增加，往往出現脆性斷裂的現象。實(shí)際使用中控制閥部件常常出現這樣的現象：工作應力未達到蠕變極限值，但由于部件長(cháng)時(shí)間在高溫載荷下使用，最終出現了斷裂的情況。所以在設計中應仔細對比控制閥材質(zhì)的蠕變性能和斷裂性能，選取適當的許用應力。
　　2.2 熱脹量的差別
　　決定熱脹量差別的原因主要有材料熱脹系數、材料承受熱載的差別和材料所處約束條件的差別，這些差別作為減溫減壓控制閥設計中慎重確定的內容。當高溫工藝介質(zhì)進(jìn)入溫度較低的控制閥時(shí)，閥芯迅速浸沒(méi)在高溫工藝介質(zhì)中，由于閥芯所處的結構位置不利于溫度的迅速傳導，僅能通過(guò)閥桿向外散熱，所以閥芯迅速達到管線(xiàn)工藝介質(zhì)的溫度。閥座與閥芯同時(shí)接觸高溫工藝介質(zhì)，由于閥座的具有較大的散熱面積以及閥體的線(xiàn)脹量常常小于閥座的徑向膨脹。而底部配水結構，使水從導流槽里的孔中噴出與被導向的過(guò)熱蒸汽充分換熱汽化又降低閥芯、閥座的溫度。所以確定減溫減壓控制閥部件間的工作間隙量時(shí)，應充分考慮上述情況產(chǎn)生的熱脹量的差別，預防控制閥部件出現擦傷、卡死的情況。
　　2.3 熱交變的影響
　　流經(jīng)減溫減壓控制閥工藝介質(zhì)的熱交變會(huì )導致閥門(mén)部件的過(guò)盈配合或連接部位松動(dòng)，從而造成泄漏。所以應考慮使用封焊或點(diǎn)焊的方式來(lái)代替原有的螺紋連接。上海明精對于較大口徑控制閥可以使用本體堆焊閥座的方式來(lái)進(jìn)行處理。
　　減溫減壓控制閥高溫熱交變會(huì )產(chǎn)生交變應力，閥門(mén)部件長(cháng)期受交變應力影響會(huì )降低閥門(mén)部件的使用壽命。熱交變工況下使用彈性閥座的密封結構會(huì )達到較好的應用效果。
　　2.4 擦傷問(wèn)題
　　在化工裝置實(shí)際生產(chǎn)應用中，常見(jiàn)的造成控制閥內件擦傷的原因多是由工藝介質(zhì)中夾雜了大的硬雜質(zhì)，在其通過(guò)控制閥時(shí)對閥座和閥芯表面造成擦傷，偶爾也會(huì )出現由機械振動(dòng)沖擊造成的擦傷。
　　為了防止出現擦傷，設計中需要重點(diǎn)關(guān)注控制閥的實(shí)際工作溫度、載荷，選擇適當的閥門(mén)部件材質(zhì)、密封面光潔度、硬度，防擦傷性能的配對材料選擇見(jiàn)表1。
　　表1 防擦傷性能的配對材料
　　2.5 材質(zhì)的確定
　　減溫減壓控制閥在苛刻工況環(huán)境下，除了要考慮材質(zhì)的耐高溫性能，氣蝕對調節閥節流件的破壞是十分嚴重的。在結構設計上采用籠式雙座結構、多級降壓等措施以避免氣蝕，減少沖刷，也要在材質(zhì)上選用耐磨耐沖刷的高硬度材料。常用的是經(jīng)過(guò)熱處理的馬氏體沉淀硬化型不銹鋼17-7PH，經(jīng)固溶處理、時(shí)效處理，析出硬化型超高強度不銹鋼NASMA-164和馬氏體不銹鋼9Cr18。CO43CrNiWNb合金尤其用于高壓工況下的閥芯、閥座選用。常采用的材料和工藝方法也有以1Cr18Ni9為基的閥芯閥座密封面堆焊司太萊合金或超音速火焰噴涂(HVOF)WC-Co噴涂。
　　減溫減壓控制閥設計中，控制閥所處位置的工況溫度是決定閥門(mén)材質(zhì)和結構的關(guān)鍵問(wèn)題。為了保障控制閥的使用壽命和功能，在不同使用溫度下，明精控制閥應選擇不同的結構形式以適應相應的工況。
　　(1)根據在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗得知，在不同溫度時(shí)設計中應注意5項內容。
　　大于250℃增長(cháng)閥蓋頸和閥桿，增大散熱面積保證填料工作溫度不至于過(guò)高。
　　大于300℃需使用強度較高的閥座、閥芯密封面，并適當增大閥內件的間隙。
　　大于400℃使用封焊的方式對密封環(huán)進(jìn)行處理，防止連接部件出現松動(dòng)導致泄漏。
　　大于500℃應采用高強度材質(zhì)制造控制閥的導向套和導向段，并采用點(diǎn)焊方式進(jìn)行導向套與其支承件的連接。
　　大于600℃應該選用本體堆焊密封面。
　　(2)選擇適當的許用應力值，并合理的選擇能夠相匹配的材質(zhì)。
　　(3)在高溫熱交變工況下的閥座、閥芯應采用彈性結構。

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