閥門(mén)類鍛件鍛造生產(chǎn)工藝看似簡(jiǎn)單其實(shí)復(fù)雜多變，閥門(mén)產(chǎn)品的應(yīng)用遍布各行各業(yè)，有很多新材料、新工藝需要時(shí)間去反復(fù)實(shí)踐與研究，也有一些新的知識(shí)點(diǎn)需要學(xué)習(xí)探討，本文僅對(duì)作者所經(jīng)歷過(guò)的包括核電、軍工、LNG、加氫、石油化工領(lǐng)域閥門(mén)類鍛件生產(chǎn)工藝實(shí)踐進(jìn)行概括總結(jié)，包括對(duì)閥門(mén)背景知識(shí)的介紹、加工企業(yè)資質(zhì)要求、閥門(mén)材料、典型工藝、設(shè)備選擇以及新技術(shù)運(yùn)用等方面。
閥門(mén)背景知識(shí)
定義
閥門(mén)是流體系統(tǒng)中的控制部件，可以改變其原來(lái)管道中介質(zhì)的流動(dòng)方向、介質(zhì)的壓力、介質(zhì)的流量，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向阻斷或者單方向阻斷介質(zhì)流動(dòng)。
閥門(mén)種類有很多，使用在儀表控制方面的閥門(mén)其公稱尺寸小到只有幾微米；而工業(yè)控制管路中使用的閥門(mén)公稱尺寸最大的達(dá)到10 米以上。閥門(mén)在特定使用條件下的工作壓力可以從微小的0.0013MPa 到超高壓的1000MPa，工作溫度范圍則從超低溫-270℃到超高溫的1430℃。
閥門(mén)的控制方式也是多種多樣，簡(jiǎn)單分類就是手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和半自動(dòng)的方式有電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)、液壓、氣動(dòng)等，可以通過(guò)布置在管道中的傳感器自動(dòng)收集壓力、流體溫度或其他傳感信號(hào)，通過(guò)控制系統(tǒng)運(yùn)算后，執(zhí)行元件自動(dòng)或者半自動(dòng)使閥門(mén)閘板作升降、滑移、旋擺或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而改變其流通管道面積的大小以實(shí)現(xiàn)其控制功能。
分類
⑴按照用途來(lái)劃分，可將閥門(mén)分為：1）關(guān)斷類，常設(shè)于冷、熱源或者機(jī)械設(shè)備的進(jìn)口或者出口處，包括閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥、蝶閥、針型閥、隔膜閥等，其作用是阻斷管路中流體介質(zhì)的流通。2）調(diào)節(jié)類，可以按照預(yù)先指令調(diào)節(jié)管道流量，包括自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)節(jié)。3）保護(hù)類，主要用來(lái)限定管路中的額定壓力，也叫安全閥，如ADS 系統(tǒng)自動(dòng)降壓閥(圖1），都是自動(dòng)打開(kāi)方式。4）特殊類，是指按照管路的獨(dú)特設(shè)計(jì)要求而進(jìn)行制造的閥門(mén)，如，安裝在最低處的排污閥，安裝在最高點(diǎn)或者傳輸管路拐點(diǎn)處的排氣閥等。
⑵按照主要參數(shù)劃分，根據(jù)壓力使用范圍不同，可將閥門(mén)分為真空閥、低壓閥、中壓閥、高壓閥、超高壓閥、過(guò)濾器。根據(jù)工作溫度不同，可將閥門(mén)劃分為超低溫閥、常溫閥、中溫閥、高溫閥(圖2）。
⑶按照驅(qū)動(dòng)方式劃分，可將閥門(mén)分為自動(dòng)閥類、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)閥類(圖3）和手動(dòng)閥類。
⑷按照公稱尺寸劃分，根據(jù)閥門(mén)通徑尺寸規(guī)格的大小，可將閥門(mén)分為小通徑閥門(mén)、中通徑閥門(mén)、大通徑閥門(mén)(圖4）、特大通徑閥門(mén)。
⑸按照結(jié)構(gòu)特征劃分，根據(jù)關(guān)閉件在閥座中移動(dòng)的軌跡，閥門(mén)有截門(mén)形、旋塞形、閘門(mén)形、旋啟形(圖5）、蝶形、滑閥形、軌道式、球形等。
⑹按照連接方法劃分，根據(jù)閥門(mén)在管道中的連接方法，可將閥門(mén)分為螺紋連接閥、法蘭連接閥、焊接連接閥、卡箍連接閥、卡套連接閥、對(duì)夾連接閥。
⑺按照材料劃分，可將閥門(mén)分為金屬材料閥門(mén)、非金屬材料閥門(mén)。
閥門(mén)主要部件(如閥體、閥蓋、閘板、填料箱、填料壓蓋、閥桿等）采用鍛造工藝的比例越來(lái)越大，尤其是特殊工況下使用的閥門(mén)對(duì)質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格，材料也越來(lái)越復(fù)雜，因此給鍛造行業(yè)帶來(lái)了市場(chǎng)機(jī)遇，同時(shí)也是技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
鍛鋼閥門(mén)市場(chǎng)需求分析
目前，國(guó)內(nèi)能源、化工、制藥等領(lǐng)域環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)與升級(jí)需要，加快了某些特殊需求閥門(mén)的生產(chǎn)，現(xiàn)在絕大部分閥門(mén)產(chǎn)品都可以在國(guó)內(nèi)制造。
⑴核電閥門(mén)，由當(dāng)初的100%引進(jìn)，到目前超過(guò)80%以上的國(guó)產(chǎn)化，包括主蒸汽隔離閥、安全閥、特殊工況下快關(guān)閥的研制成功。特別是從2014 年開(kāi)始，我國(guó)核電站擁有了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的華龍一號(hào)，閥門(mén)的國(guó)產(chǎn)化率就更高了，包括最核心技術(shù)的CAP1400的核一級(jí)爆破閥閥門(mén)，其科研難度就更大了，我們公司全程參與了研究，并自行制造了其核心鍛件，形成了一整套規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，包括《不銹鋼閥門(mén)鍛造技術(shù)條件》、《CAP1400 核級(jí)泵閥鍛件原材料技術(shù)條件》、《CAP1400 鍛造技術(shù)條件》、《CAP1400 鍛造加熱技術(shù)規(guī)范》、《CAP1400 核級(jí)泵閥鍛件熱處理技術(shù)規(guī)范》《CAP1400 核級(jí)泵閥鍛件檢驗(yàn)技術(shù)要求》等10 余項(xiàng)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
⑵加氫裝置閥門(mén)，主要用于液態(tài)氫儲(chǔ)存設(shè)備上，閥門(mén)使用在-196℃低溫工況條件下，耐腐蝕、抗蠕變，安全、無(wú)泄漏、可靠性、穩(wěn)定性是第一要求。
⑶LNG 閥門(mén)，最近國(guó)內(nèi)正逐漸淘汰煤氣，更換天然氣，為了運(yùn)輸、存儲(chǔ)更方便，通常都是將氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，閥門(mén)使用條件也是低溫。
⑷火電機(jī)組的超超臨界閥門(mén)，在高溫狀態(tài)下使用，工況也比較惡劣。
國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)，從事閥門(mén)研究的科研院所、大學(xué)、專業(yè)機(jī)構(gòu)、制造工廠對(duì)閥門(mén)進(jìn)行了詳細(xì)、周密的研究與試驗(yàn)驗(yàn)證。我國(guó)中低端閥門(mén)已經(jīng)在世界上具有絕對(duì)的話語(yǔ)權(quán)，在國(guó)家對(duì)技術(shù)攻關(guān)政策的引領(lǐng)下，積極進(jìn)行高端閥門(mén)研制、攻關(guān)，取得了很大進(jìn)步，多數(shù)產(chǎn)品已經(jīng)可以和國(guó)際企業(yè)同類產(chǎn)品相媲美，涌現(xiàn)出了多個(gè)行業(yè)龍頭企業(yè)。目前，在LNG、加氫、火力發(fā)電、核基礎(chǔ)工業(yè)、航空、航天領(lǐng)域使用的高端閥門(mén)，基本上都有國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，在實(shí)際運(yùn)用上，其穩(wěn)定性、可靠性表現(xiàn)還是不錯(cuò)的，得到了行業(yè)企業(yè)的認(rèn)可，例如整體鍛造核級(jí)楔式閘閥(圖6）、核級(jí)旋啟式止回閥(圖7）。閥門(mén)行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)創(chuàng)新時(shí)代與創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵期，隨之而來(lái)的一些新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也需要更新?lián)Q代，這需要相關(guān)單位積極參與進(jìn)來(lái)。如，以我公司為主要參與單位起草的《工業(yè)閥門(mén)用不銹鋼鍛件技術(shù)條件》(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 35741-2017），已經(jīng)予以頒布。
技術(shù)水平
中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品在國(guó)際上處于舉足輕重的地位，隨著產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)的普及，競(jìng)爭(zhēng)也空前激烈，閥門(mén)產(chǎn)品也不例外，必須與國(guó)際上歷史悠久的大牌企業(yè)正面交鋒，在高端產(chǎn)品上，我們?nèi)匀蝗鄙俳?jīng)驗(yàn)積累與理論支撐，穩(wěn)定性方面還需要經(jīng)歷考驗(yàn)，需要全行業(yè)共同努力。
經(jīng)過(guò)幾十年的努力，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的閥門(mén)產(chǎn)品已經(jīng)基本上可以滿足工業(yè)發(fā)展需要，其成套配套率以及技術(shù)指標(biāo)都得到了顯著提高。近些年，雖然我國(guó)閥門(mén)行業(yè)涌現(xiàn)出了年產(chǎn)值幾十億元的大型企業(yè)，但是仍然是以中小企業(yè)為主，其管理能力與管理水平、技術(shù)研發(fā)、試驗(yàn)仍然需要突破。與之配套的閥門(mén)類鍛件生產(chǎn)企業(yè)同樣需要在企業(yè)管理、質(zhì)量控制、降低生產(chǎn)成本、按時(shí)交付等方面下足功夫。
未來(lái)若干年及相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，中國(guó)石油化工、天然氣、冶金、電力、城市建設(shè)等各行業(yè)對(duì)閥門(mén)的需求量都將持續(xù)上升，因此，從事閥門(mén)的生產(chǎn)將會(huì)有不錯(cuò)的前景。
閥門(mén)質(zhì)量重要性
一個(gè)小閥門(mén)出現(xiàn)故障，有時(shí)候影響也很大，不但造成經(jīng)濟(jì)損失也會(huì)污染環(huán)境。2014 年7 月，一輛槽罐車上的一個(gè)小閥門(mén)故障導(dǎo)致泄漏，油罐車流出百米“汽油河”。小小的閥門(mén)都能造成這樣的損失，大型閥門(mén)一旦出現(xiàn)故障，造成的損失更是不可想象，所以閥門(mén)不管大小，都非常注重質(zhì)量。
中國(guó)核電發(fā)展迅猛，已經(jīng)進(jìn)入到三代技術(shù)階段，閥門(mén)的重要性愈加明顯。幾乎每一個(gè)系統(tǒng)都有閥門(mén)的存在，一座100 萬(wàn)千瓦機(jī)組，大約需要1.5 萬(wàn)個(gè)閥門(mén)，雖然投資額僅占核電站的2%左右，但是每年維修費(fèi)用卻占到核電站的50%左右。
閥門(mén)一旦出現(xiàn)故障，其后果不堪設(shè)想，關(guān)鍵回路的閥門(mén)盡可能采用鍛鋼結(jié)構(gòu)。鍛件質(zhì)量至關(guān)重要，必須滿足采購(gòu)技術(shù)條件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，作為生產(chǎn)配套企業(yè)必須提前在質(zhì)量保證、資源配置、生產(chǎn)管理等方面做足功課。
閥門(mén)類鍛件生產(chǎn)企業(yè)的資質(zhì)要求
根據(jù)閥門(mén)的不同用途，閥門(mén)業(yè)主單位對(duì)供應(yīng)商的資質(zhì)都有嚴(yán)格的要求。比如，核電是近幾年快速發(fā)展的行業(yè)，國(guó)產(chǎn)化也是近幾年的事情，其利潤(rùn)回報(bào)率也是相對(duì)高的，如果要為其配套生產(chǎn)鍛件毛坯，必須具有由國(guó)家核安全局審核批準(zhǔn)的生產(chǎn)資質(zhì)和服務(wù)內(nèi)容，每年都要接受來(lái)自于國(guó)家主管部門(mén)、工程公司、業(yè)主方面等審核機(jī)關(guān)多次定期和不定期的質(zhì)保監(jiān)察；生產(chǎn)企業(yè)關(guān)重崗位相關(guān)人員資質(zhì)(如無(wú)損檢測(cè)、焊接、檢驗(yàn)人員）也要滿足要求，都需要取得作業(yè)資格證；同時(shí)不可以超出證書(shū)覆蓋的設(shè)計(jì)、制造與供貨范圍，有民用核電生產(chǎn)資質(zhì)的企業(yè)，也必須再去取得軍工核電生產(chǎn)資質(zhì)，才可以開(kāi)工生產(chǎn)軍工核電產(chǎn)品。沒(méi)有ASME NPT 的資質(zhì)證書(shū)就不可以為AP1000 等項(xiàng)目供貨等。
國(guó)外大型閥門(mén)采購(gòu)企業(yè)也要求供應(yīng)商獲得相應(yīng)的供應(yīng)商資格證書(shū)，比如CE 認(rèn)證、EMERSON、BP 二方證書(shū)等。軍工產(chǎn)品同樣要求供應(yīng)商具有軍工管理體系資質(zhì)證書(shū)、保密證書(shū)及第二方審核認(rèn)證。
總之，在技術(shù)上可行，并不能證明就可以做閥門(mén)、三通系列產(chǎn)品，必須了解是否需要獲得第二方或者第三方的認(rèn)證許可。
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