镍合金在管道和工业阀门的应用

    镍合金是以镍为主要元素的合金，可用于管道以及工业阀门的不同部分，例如阀体，阀盖，球，阀座，阀杆，螺栓，弹簧等。

      阀门是管道系统的一部分，它们被定义为流体流中用于不同目的的组件。这些目的可能涉及停止/启动流量，控制流量，转移流量，防止回流并释放压力[1] [2]。图1示出了球阀，该球阀为旋转阀，其中球形关闭构件旋转90°以接合或脱离阀[2]的端口孔。图1中的球与通孔接合，从而使阀门保持打开状态。

                       图1.球阀处于打开位置。

        阀门和组件介绍

      本文提到的阀门的不同部分定义如下[3]：

      阀体：阀体-也称为阀壳-是阀组件中最重要的部分，将所有零件像框架一样保持在一起。阀体是接收流体压力的第一压力边界。阀体端部设计用于将阀连接到管道。

     阀盖：阀盖是第二重要的压力承受部分；它覆盖阀体，并用与阀体相同的材料制造。

     球：阀的球，也称为“关闭件” [4]或“压力控制部件” [4]，用于停止或启动流体。当阀门关闭时，全部流体压力作用于球的一侧，因此该部分被视为阀门[3]的第三重要压力包含部分。

     阀座：阀座为封闭件提供阀座表面。

     阀杆：阀杆是阀关闭件和操作员之间的连接器，为钢球提供必要的运动以关闭和打开阀。阀杆从一侧连接到手轮，杠杆或致动器，从另一侧连接到阀关闭件。执行器是负责自动移动阀内部的组件。阀杆需要很高的机械强度，尤其是在致动的情况下，才能承受从致动器侧施加的载荷。

     螺栓：螺栓也是阀门的承压部件，用于将阀体或阀盖件连接在一起。

                     图2.覆盖在碳钢管内的In 625。

    为什么要指定镍合金？

    为阀门和内部零件指定镍合金有多种原因。这些总结如下：

    内部腐蚀：在腐蚀性环境中，碳钢管道可能用3mm镍合金（例如In 625）覆盖（内部覆盖）以减少腐蚀的风险[5]。

     管道腐蚀

      镍合金的内部覆盖层可用于包含大量腐蚀性化合物（例如CO2和硫化氢（H2S））的流体服务。如图3所示，CO2和H2S腐蚀攻击以金属损失和裂纹的形式表现出来。

图3.管道上的CO2（左）和H2S（右）腐蚀。

     固态镍合金，In 625管道，在油气行业的海上部门中，在含大量H2S的碳氢化合物服务中也很常见。

     因此，在世界上一些地区，例如中东，原油中含有高浓度的H2S，可以在In 625中选择在海上油气项目中使用的阀体，而不是22Cr双相体。然而，在挪威海上石油和天然气中不含H2S或含量极低的海上工业中，管道和阀门中22Cr双相钢是非常普遍的选择[6]。另外，用碳钢制造的球阀的密封区域和阀座腔可以覆盖In 625，以避免缝隙腐蚀。缝隙腐蚀是指对存在缝隙，缝隙或凹槽的金属表面的局部侵蚀。

     外部腐蚀：超级双相螺栓是挪威海上工业中以22Cr双相制造的阀门的常用材料选择。

      图4.带In 625螺栓和螺塞的22Cr双联体阀

      双体阀

      在海上环境中，未涂层的超级双相材料（例如，螺栓连接）的最高允许工作温度为110°C [7]，以避免外部氯离子应力导致海洋环境中的裂纹破裂。因此，对于工作温度在110°C以上的22Cr双工阀，超级双相螺栓（螺栓和螺母）已升级到Alloy 625，如图4所示。