هناك العديد من المواد المستخدمة في تصنيع مكونات الصمامات، بما في ذلك درجات مختلفة من المعادن السوداء وغير الحديدية وسبائكها، بالإضافة إلى مواد غير معدنية متنوعة.
يجب اختيار المادة المستخدمة في تصنيع مكونات الصمامات بناءً على العوامل التالية:
1. الضغط ودرجة الحرارة وخصائص الوسط العامل.
2. وضع القوة للمكون ودوره في بنية الصمام.
3. يتمتع بقابليّة جيّدة للتصنيع.
4. في ظل الشروط المذكورة أعلاه، ينبغي أن تكون التكاليف أقل.
مواد لجسم الصمام، وغطاء الصمام، وصفيحة الصمام (القرص)
جسم الصمام وغطاء الصمام والبوابة (قرص الصمام) هي من المكونات الرئيسية للصمام، والتي تتحمل بشكل مباشر ضغط الوسط. يجب أن تتوافق المواد المستخدمة مع لوائح «تصنيف الضغط ودرجة الحرارة للصمام». هناك عدة مواد شائعة الاستخدام، منها:
1. الحديد الزهر الرمادي: يُعدّ الحديد الزهر الرمادي مناسبًا للسوائل مثل الماء والبخار والهواء والغاز والزيت، حيث يبلغ الضغط الاسمي PN ≤ 1.0 ميجاباسكال ودرجة الحرارة تتراوح بين -10 ℃ و200 ℃. أما الدرجات الشائعة الاستخدام من الحديد الزهر الرمادي فهي HT200 وHT250 وHT300 وHT350.
2. الحديد الزهر المطاوع: مناسب لوسط الماء والبخار والهواء والزيت، مع ضغط اسمي PN ≤ 2.5 ميجاباسكال ودرجة حرارة تتراوح بين -30 و300 ℃. تشمل الدرجات الشائعة الاستخدام KTH300-06، KTH330-08، KTH350-10.
3. الحديد المطاوع: مناسب للسوائل مثل الماء والبخار والهواء والزيت، مع ضغط PN ≤ 4.0 ميجاباسكال ودرجة حرارة تتراوح بين -30 و350 ℃. تشمل الدرجات الشائعة: QT400-15، QT450-10، QT500-7.
بالنظر إلى المستوى الحالي للتكنولوجيا المحلية، تختلف المصانع بشكل كبير، وغالبًا ما يجد المستخدمون صعوبة في فحصها. وبناءً على الخبرة، يُنصح باستخدام صمامات فولاذية للسلامة عندما يكون PN ≤ 2.5 ميجاباسكال.
4. حديد زهر مرن عالي السيليكون مقاوم للأحماض: مناسب للوسط المسبب للتآكل مع ضغط اسمي PN ≤ 0.25 ميجاباسكال ودرجة حرارة أقل من 120 ℃.
5. الفولاذ الكربوني: مناسب للسوائل مثل الماء والبخار والهواء والهيدروجين والأمونيا والنيتروجين والمنتجات البترولية، بضغط اسمي PN ≤ 32.0 ميجاباسكال ودرجة حرارة تتراوح بين -30 و425 ℃. تشمل الدرجات الشائعة WC1 وWCB وZG25 والفولاذ عالي الجودة 20 و25 و30، والفولاذ الهيكلي منخفض السبائك 16Mn.
6. سبيكة نحاسية: مناسبة للوسائط مثل الماء ومياه البحر والأكسجين والهواء والزيت وغيرها، مع ضغط PN ≤ 2.5 ميجاباسكال، وكذلك لوسائط البخار ذات درجة حرارة تتراوح بين -40 و250 ℃. الدرجات الشائعة الاستخدام هي ZGnSn10Zn2 (برونز القصدير)، H62، Hpb59-1 (نحاس أصفر)، QAZ19-2، QA19-4 (برونز الألمنيوم).
7. النحاس عالي الحرارة: مناسب للبخار والمنتجات البترولية ذات الضغط الاسمي PN ≤ 17.0 ميجاباسكال ودرجة حرارة ≤ 570 ℃. العلامات التجارية الشائعة الاستخدام هي ZGCr5Mo و1Cr5Mo ZG20CrMoV، وZG15Gr1Mo1V، و12CrMoV، وWC6، وWC9 وغيرها من العلامات التجارية. يجب أن يتوافق الاختيار المحدد مع مواصفات ضغط ودرجة حرارة الصمام.
8. فولاذ درجة حرارة منخفضة، مناسب لوسائل مثل الإيثيلين والبروبيلين والغاز الطبيعي السائل والنيتروجين السائل، إلخ، مع ضغط اسمي PN ≤ 6.4 ميجاباسكال ودرجة حرارة ≥ -196 ℃. تشمل الدرجات الشائعة الاستخدام ZG1Cr18Ni9، 0Cr18Ni9، 1Cr18Ni9Ti، ZG0Cr18Ni9.
9. فولاذ مقاوم للحمض غير قابل للصدأ، مناسب للوسط مثل حمض النيتريك وحمض الخليك، مع ضغط اسمي PN ≤ 6.4 ميجاباسكال ودرجة حرارة ≤ 200 ℃. تشمل الدرجات الشائعة المستخدمة ZG0Cr18Ni9Ti، ZG0Cr18Ni10<مقاومة لحمض النيتريك>، ZG0Cr18Ni12Mo2Ti، ZG1Cr18Ni12Mo2Ti<مقاومة للأحماض واليوريا>.
مادة سطح الختم
سطح الختم هو السطح العامل الأكثر حساسية في الصمام، وترتبط جودة سطح الختم بمدة خدمة الصمام. بشكل عام، ينبغي أن تأخذ مواد سطح الختم بعين الاعتبار عوامل مثل مقاومة التآكل، ومقاومة التآكل الميكانيكي، ومقاومة التآكل الناتج عن التآكل، ومقاومة الأكسدة.
عادةً ما يُقسم إلى فئتين:
(1) مواد ناعمة
1. المطاط (بما في ذلك مطاط النتريل، والمطاط الفلوري، وغيرها)
2. بلاستيك (PTFE، نايلون، إلخ)
(2) مادة إحكام صلبة
1. سبيكة نحاسية (تُستخدم في صمامات الضغط المنخفض)
2. فولاذ مقاوم للصدأ من الكروم (يُستخدم في صمامات الضغط العادي والمرتفع والمتوسط)
3. سبيكة سي تاي لي (تُستخدم في الصمامات العاملة في درجات حرارة وضغوط عالية والصمامات شديدة التآكل)
4. سبائك قائمة على النيكل (للمواد المسببة للتآكل)
مادة ساق الصمام
تحمل ساق الصمام قوى شد وضغط وعزم دوران أثناء عملية فتح الصمام وإغلاقه، وتكون على اتصال مباشر مع الوسط. وفي الوقت نفسه، تحدث حركة احتكاك نسبية بين ساق الصمام والحشوة. لذلك، يجب أن يضمن مادة ساق الصمام متانة كافية ومقاومة عالية للصدمات عند درجة الحرارة المحددة، وأن تتمتع بمقاومة معينة للتآكل ومقاومة جيدة للتآكل بالاحتكاك، بالإضافة إلى قابلية جيدة للتصنيع.
هناك عدة مواد شائعة الاستخدام لقضبان الصمامات.
1. فولاذ كربوني
عند استخدامه لوسط الماء والبخار بضغط منخفض ودرجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 300 ℃، يُختار عادةً فولاذ الكربون العادي A5.
عند استخدامه لوسط الماء والبخار بضغط متوسط ودرجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 450 ℃، يُختار عادةً فولاذ كربوني عالي الجودة من الدرجة 35.
2. فولاذ سبائك
عند استخدامه لوسائل ذات ضغط متوسط وعالي مثل الماء والبخار والبترول، مع درجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 450 ℃، يُختار عادةً الفولاذ الكرومي 40Cr.
عند استخدامه لوسائل ذات ضغط عالٍ مثل الماء والبخار بدرجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 540 ℃، يمكن اختيار فولاذ النتروجين 38CrMoALA.
عند استخدامه في وسائط البخار ذات الضغط العالي ودرجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 570 ℃، يُختار عمومًا فولاذ الكروم والموليبدينوم والفاناديوم 25Cr2MoVA.
3. فولاذ مقاوم للحمض غير قابل للصدأ
بالنسبة للوسط غير التآكلي والوسط التآكلي الضعيف ذي الضغط المتوسط والعالي ودرجة الحرارة المتوسطة التي لا تتجاوز 450 ℃، يمكن اختيار فولاذ الكروم المقاوم للصدأ من نوع 1Cr13 و2Cr13.
عند استخدامها في وسائط تآكلية، يمكن اختيار فولاذ مقاوم للحمض غير قابل للصدأ مثل Cr17Ni2، و1Cr18Ni9Ti، وCr18Ni12Mo2Ti، وCr18Ni12Mo3Ti، وفولاذ تصلب بالترسيب PH15-7Mo.
4. فولاذ مقاوم للحرارة
عند استخدامها في صمامات ذات درجات حرارة عالية مع درجات حرارة متوسطة لا تتجاوز 600 ℃، يمكن اختيار فولاذ مقاوم للحرارة المارتنسيتي 4Cr10Si2Mo وفولاذ مقاوم للحرارة الأوستنيتي 4Cr14Ni14W2Mo.
مادة صامولة ساق الصمام
تحمل صامولة ساق الصمام بشكل مباشر القوة المحورية لساق الصمام أثناء عملية الفتح والغلق، لذلك يجب أن تتمتع بمتانة معينة. وفي الوقت نفسه، فهي ملولبة مع ساق الصمام، مما يتطلب معامل احتكاك منخفضًا، وعدم حدوث صدأ، وتجنب التصاقها.
1. سبيكة نحاسية
سبيكة النحاس لها معامل احتكاك منخفض ولا تصدأ، مما يجعلها من المواد الشائعة الاستخدام حاليًا. بالنسبة للصمامات ذات الضغط المنخفض حيث يكون Pg أقل من 1.6 ميجاباسكال، يمكن استخدام نحاس مصبوب ZHMn58-2-2. أما بالنسبة للصمامات ذات الضغط المتوسط حيث يكون Pg بين 16 و6.4 ميجاباسكال، فيمكن استخدام برونز ووشي ZQAL9-4. وبالنسبة للصمامات ذات الضغط العالي، يمكن استخدام نحاس مصبوب ZHAL66-6-3-2.
2. فولاذ
عندما لا تسمح ظروف العمل باستخدام سبائك النحاس، يمكن اختيار فولاذ الكربون عالي الجودة مثل 35 و40، وكذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والمقاوم للأحماض مثل 2Cr13 و1Cr18Ni9 وCr17Ni2.
ظروف العمل لا تسمح بالحالات التالية.
1. هناك العديد من المواد المستخدمة في تصنيع أجزاء الصمامات ذات القوابض على شكل بطيخ للصمامات الكهربائية، بما في ذلك درجات مختلفة من المعادن السوداء وغير الحديدية وسبائكها، بالإضافة إلى مواد غير معدنية متنوعة.
يجب اختيار المادة المستخدمة في تصنيع مكونات الصمامات بناءً على العوامل التالية:
1. الضغط ودرجة الحرارة وخصائص الوسط العامل.
2. وضع القوة للمكون ودوره في بنية الصمام.
3. يتمتع بقابليّة جيّدة للتصنيع.
4. في ظل الشروط المذكورة أعلاه، ينبغي أن تكون التكاليف أقل.
مواد لجسم الصمام، وغطاء الصمام، وصفيحة الصمام (القرص)
جسم الصمام وغطاء الصمام والبوابة (قرص الصمام) هي من المكونات الرئيسية للصمام، والتي تتحمل بشكل مباشر ضغط الوسط. يجب أن تتوافق المواد المستخدمة مع لوائح «تصنيف الضغط ودرجة الحرارة للصمام». هناك عدة مواد شائعة الاستخدام، منها:
1. الحديد الزهر الرمادي: يُعدّ الحديد الزهر الرمادي مناسبًا للسوائل مثل الماء والبخار والهواء والغاز والزيت، حيث يبلغ الضغط الاسمي PN ≤ 1.0 ميجاباسكال ودرجة الحرارة تتراوح بين -10 ℃ و200 ℃. أما الدرجات الشائعة الاستخدام من الحديد الزهر الرمادي فهي HT200 وHT250 وHT300 وHT350.
2. الحديد الزهر المطاوع: مناسب لوسط الماء والبخار والهواء والزيت، مع ضغط اسمي PN ≤ 2.5 ميجاباسكال ودرجة حرارة تتراوح بين -30 و300 ℃. تشمل الدرجات الشائعة الاستخدام KTH300-06، KTH330-08، KTH350-10.
3. الحديد المطاوع: مناسب للسوائل مثل الماء والبخار والهواء والزيت، مع ضغط PN ≤ 4.0 ميجاباسكال ودرجة حرارة تتراوح بين -30 و350 ℃. تشمل الدرجات الشائعة: QT400-15، QT450-10، QT500-7.
بالنظر إلى المستوى الحالي للتكنولوجيا المحلية، تختلف المصانع بشكل كبير، وغالبًا ما يجد المستخدمون صعوبة في فحصها. وبناءً على الخبرة، يُنصح باستخدام صمامات فولاذية للسلامة عندما يكون PN ≤ 2.5 ميجاباسكال.
4. حديد زهر مرن عالي السيليكون مقاوم للأحماض: مناسب للوسط المسبب للتآكل مع ضغط اسمي PN ≤ 0.25 ميجاباسكال ودرجة حرارة أقل من 120 ℃.
5. الفولاذ الكربوني: مناسب للسوائل مثل الماء والبخار والهواء والهيدروجين والأمونيا والنيتروجين والمنتجات البترولية، بضغط اسمي PN ≤ 32.0 ميجاباسكال ودرجة حرارة تتراوح بين -30 و425 ℃. تشمل الدرجات الشائعة WC1 وWCB وZG25 والفولاذ عالي الجودة 20 و25 و30، والفولاذ الهيكلي منخفض السبائك 16Mn.
6. سبيكة نحاسية: مناسبة للوسائط مثل الماء ومياه البحر والأكسجين والهواء والزيت وغيرها، مع ضغط PN ≤ 2.5 ميجاباسكال، وكذلك لوسائط البخار ذات درجة حرارة تتراوح بين -40 و250 ℃. الدرجات الشائعة الاستخدام هي ZGnSn10Zn2 (برونز القصدير)، H62، Hpb59-1 (نحاس أصفر)، QAZ19-2، QA19-4 (برونز الألمنيوم).
7. النحاس عالي الحرارة: مناسب للبخار والمنتجات البترولية ذات الضغط الاسمي PN ≤ 17.0 ميجاباسكال ودرجة حرارة ≤ 570 ℃. العلامات التجارية الشائعة الاستخدام هي ZGCr5Mo و1Cr5Mo ZG20CrMoV، وZG15Gr1Mo1V، و12CrMoV، وWC6، وWC9 وغيرها من العلامات التجارية. يجب أن يتوافق الاختيار المحدد مع مواصفات ضغط ودرجة حرارة الصمام.
8. فولاذ درجة حرارة منخفضة، مناسب لوسائل مثل الإيثيلين والبروبيلين والغاز الطبيعي السائل والنيتروجين السائل، إلخ، مع ضغط اسمي PN ≤ 6.4 ميجاباسكال ودرجة حرارة ≥ -196 ℃. تشمل الدرجات الشائعة الاستخدام ZG1Cr18Ni9، 0Cr18Ni9، 1Cr18Ni9Ti، ZG0Cr18Ni9.
9. فولاذ مقاوم للحمض غير قابل للصدأ، مناسب للوسط مثل حمض النيتريك وحمض الخليك، مع ضغط اسمي PN ≤ 6.4 ميجاباسكال ودرجة حرارة ≤ 200 ℃. تشمل الدرجات الشائعة المستخدمة ZG0Cr18Ni9Ti، ZG0Cr18Ni10<مقاومة لحمض النيتريك>، ZG0Cr18Ni12Mo2Ti، ZG1Cr18Ni12Mo2Ti<مقاومة للأحماض واليوريا>.
مادة سطح الختم
سطح الختم هو السطح العامل الأكثر حساسية في الصمام، وترتبط جودة سطح الختم بمدة خدمة الصمام. بشكل عام، ينبغي أن تأخذ مواد سطح الختم بعين الاعتبار عوامل مثل مقاومة التآكل، ومقاومة التآكل الميكانيكي، ومقاومة التآكل الناتج عن التآكل، ومقاومة الأكسدة.
عادةً ما يُقسم إلى فئتين:
(1) مواد ناعمة
1. المطاط (بما في ذلك مطاط النتريل، والمطاط الفلوري، وغيرها)
2. بلاستيك (PTFE، نايلون، إلخ)
(2) مادة إحكام صلبة
1. سبيكة نحاسية (تُستخدم في صمامات الضغط المنخفض)
2. فولاذ مقاوم للصدأ من الكروم (يُستخدم في صمامات الضغط العادي والمرتفع والمتوسط)
3. سبيكة سي تاي لي (تُستخدم في الصمامات العاملة في درجات حرارة وضغوط عالية والصمامات شديدة التآكل)
4. سبائك قائمة على النيكل (للمواد المسببة للتآكل)
مادة ساق الصمام
تحمل ساق الصمام قوى شد وضغط وعزم دوران أثناء عملية فتح الصمام وإغلاقه، وتكون على اتصال مباشر مع الوسط. وفي الوقت نفسه، تحدث حركة احتكاك نسبية بين ساق الصمام والحشوة. لذلك، يجب أن يضمن مادة ساق الصمام متانة كافية ومقاومة عالية للصدمات عند درجة الحرارة المحددة، وأن تتمتع بمقاومة معينة للتآكل ومقاومة جيدة للتآكل بالاحتكاك، بالإضافة إلى قابلية جيدة للتصنيع.
هناك عدة مواد شائعة الاستخدام لقضبان الصمامات.
1. فولاذ كربوني
عند استخدامه لوسط الماء والبخار بضغط منخفض ودرجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 300 ℃، يُختار عادةً فولاذ الكربون العادي A5.
عند استخدامه لوسط الماء والبخار بضغط متوسط ودرجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 450 ℃، يُختار عادةً فولاذ كربوني عالي الجودة من الدرجة 35.
2. فولاذ سبائك
عند استخدامه لوسائل ذات ضغط متوسط وعالي مثل الماء والبخار والبترول، مع درجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 450 ℃، يُختار عادةً الفولاذ الكرومي 40Cr.
عند استخدامه لوسائل ذات ضغط عالٍ مثل الماء والبخار بدرجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 540 ℃، يمكن اختيار فولاذ النتروجين 38CrMoALA.
عند استخدامه في وسائط البخار ذات الضغط العالي ودرجة حرارة متوسطة لا تتجاوز 570 ℃، يُختار عمومًا فولاذ الكروم والموليبدينوم والفاناديوم 25Cr2MoVA.
3. فولاذ مقاوم للحمض غير قابل للصدأ
بالنسبة للوسط غير التآكلي والوسط التآكلي الضعيف ذي الضغط المتوسط والعالي ودرجة الحرارة المتوسطة التي لا تتجاوز 450 ℃، يمكن اختيار فولاذ الكروم المقاوم للصدأ من نوع 1Cr13 و2Cr13.
عند استخدامها في وسائط تآكلية، يمكن اختيار فولاذ مقاوم للحمض غير قابل للصدأ مثل Cr17Ni2، و1Cr18Ni9Ti، وCr18Ni12Mo2Ti، وCr18Ni12Mo3Ti، وفولاذ تصلب بالترسيب PH15-7Mo.
4. فولاذ مقاوم للحرارة
عند استخدامها في صمامات ذات درجات حرارة عالية مع درجات حرارة متوسطة لا تتجاوز 600 ℃، يمكن اختيار فولاذ مقاوم للحرارة المارتنسيتي 4Cr10Si2Mo وفولاذ مقاوم للحرارة الأوستنيتي 4Cr14Ni14W2Mo.
مادة صامولة ساق الصمام
تحمل صامولة ساق الصمام بشكل مباشر القوة المحورية لساق الصمام أثناء عملية الفتح والغلق، لذلك يجب أن تتمتع بمتانة معينة. وفي الوقت نفسه، فهي ملولبة مع ساق الصمام، مما يتطلب معامل احتكاك منخفضًا، وعدم حدوث صدأ، وتجنب التصاقها.
1. سبيكة نحاسية
سبيكة النحاس لها معامل احتكاك منخفض ولا تصدأ، مما يجعلها من المواد الشائعة الاستخدام حاليًا. بالنسبة للصمامات ذات الضغط المنخفض حيث يكون Pg أقل من 1.6 ميجاباسكال، يمكن استخدام نحاس مصبوب ZHMn58-2-2. أما بالنسبة للصمامات ذات الضغط المتوسط حيث يكون Pg بين 16 و6.4 ميجاباسكال، فيمكن استخدام برونز ووشي ZQAL9-4. وبالنسبة للصمامات ذات الضغط العالي، يمكن استخدام نحاس مصبوب ZHAL66-6-3-2.
2. فولاذ
عندما لا تسمح ظروف العمل باستخدام سبائك النحاس، يمكن اختيار فولاذ الكربون عالي الجودة مثل 35 و40، وكذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والمقاوم للأحماض مثل 2Cr13 و1Cr18Ni9 وCr17Ni2.
ظروف العمل لا تسمح بالحالات التالية.
1. تتطلب صامولة ساق الصمام المزودة بقابض على شكل بطيخ، والمستخدمة في الصمامات الكهربائية، معالجة حرارية للحصول على صلابة عالية أو صلابة سطحية عالية.
2. عندما يكون الوسط العامل أو البيئة المحيطة غير مناسبين لاستخدام سبيكة النحاس، مثل وسط الأمونيا الذي ي corrode النحاس.
عند اختيار صواميل ساق الصمامات الفولاذية، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لظاهرة عض الخيوط.
تحتاج صواميل ساق الصمام إلى معالجة حرارية للحصول على صلابة عالية أو صلابة سطحية.
2. عندما يكون الوسط العامل أو البيئة المحيطة غير مناسبين لاستخدام سبيكة النحاس، مثل وسط الأمونيا الذي ي corrode النحاس.
عند اختيار صواميل ساق الصمامات الفولاذية، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لظاهرة عض الخيوط.