保护阀零件免受侵蚀的制作方法

背景技术：

1、流控件在许多工业设施中起重要作用。例如，发电厂和工业过程设施使用不同类型的流控件来管理遍及管道、罐、发电机和其他设备的巨大网络的材料(通常为流体)的流动。控制阀可用于精确地调节流动以满足过程参数。这些装置可提供对材料的流速、压力和温度的控制。在油气工业中，操作者可部署控制阀以控制在加氢裂化或相关过程中的夹带碎屑的流体的流动。

2、已知这些过程中的流体具有高侵蚀性。这些材料可能导致直接位于流中的阀零件迅速退化。过程流体中使用夹带的固体(诸如焦炭、煤粉或催化剂)可能会抑制阀节流，降低总流量，并且可能堵塞阀。这种复杂流体的巨大压力降低可能会产生脱气，其中三相流(例如，固体、液体和蒸气)同时共存。压力降低和所产生的流体膨胀相变可能会增加流体中的固体颗粒速度。这些颗粒可能会充当高强度“喷砂器”，侵蚀流动路径内的任何表面。过程参数可能会加剧这些颗粒的损害，因为温度(通常在400℃的范围内)也常常使材料更容易受到侵蚀。

3、其它苛刻的过程条件也可能更会加剧损害。这些条件包括振动、机械循环(连续节流)和阀升程位置。热循环可引入交替的膨胀和收缩负载。对于具有膨胀率不同的基底材料和硬化涂层材料的零件，热循环可导致涂层或“覆盖层”碎裂、剥落或大体与基底分离，从而将基底暴露于高侵蚀性流。

技术实现思路

1、本公开的主题涉及改进，该改进可延长经受高腐蚀性或侵蚀性环境的零件的使用寿命。特别感兴趣的是可保护底层零件或部件的涂层。实施方案可在存在于高侵蚀性工作流体流中的表面上部署一个或多个材料层。在一个具体实施中，构成该“分层结构”的材料的浓度或比率可变化，例如在靠近零件表面的界面层和分层结构的最外层或表面之间变化。这些变化可改善涂层和零件之间的结合。该特征可减少来自工作流体的侵蚀和由于热梯度或不同的热膨胀或收缩系数而产生裂纹(或形成类似异常)的风险。

2、涂层零件可用作控制阀的零件。操作者可能要求这些涂层零件的硬度水平高于穿过他们的设施的工作流体中的任何夹带的颗粒的硬度。这些要求可能妨碍某些材料的使用。例如，硬化的马氏体不锈钢缺乏经受得住加氢裂化应用中的工作流体的耐侵蚀性。基本水平奥氏体不锈钢具有必要的耐侵蚀性；但是对于在加氢裂化过程线中存在的流控件中所见的机械负荷来说，这些材料本身太软。另一方面，高性能合金或陶瓷(如铬镍铁合金(inconel)或固体碳化钨)，似乎满足对耐腐蚀、硬度或强度的要求。但是这些类型的材料中的许多材料太脆，或者像其他钢一样随着硬度增加而变得太脆，从而不能经受住加氢裂化应用中的工作流体的冲击。该弱点可能导致在非对称机械负载下的破裂，该破裂可能在工作流体中夹带的颗粒或碎屑被夹在移动零件之间时发生。此外，脆性材料常常因振动而失效。这些条件可在高压系统中由沿着系统的压力下降和工作流体的高速流动的方向的变化的组合产生。

3、本文的实施方案也可被证明优于用于实现期望硬度的常规覆盖技术。这些过程可将涂层或“覆盖层”施加到组成均匀的阀内件上。该涂层通常相当薄，例如在约0.002英寸至约0.004英寸的范围内。该特征提供小的覆盖范围。此外，这些过程可能没有考虑涂层和底层衬底的热膨胀。响应于伴随流控件或类似阀装置的启动和停止操作的热循环，该疏忽可能导致覆盖涂层中的裂纹。在相对浅的覆盖层中的表面裂纹可能快速导致涂层的局部损失，并且最终导致衬底在使用中迅速退化。不幸的是，操作者通常不会发现这些问题的任何迹象，直到该零件发生灾难性故障。

技术特征：

1.一种用于流控件的零件，所述零件包括：

2.根据权利要求1所述的零件，其中所述浓度从所述最内部位置到所述暴露表面增加。

3.根据权利要求1所述的零件，其中所述浓度从所述最内部位置到所述暴露表面降低。

4.根据权利要求1所述的零件，其中所述涂层包括连续层，在所述连续层中所述浓度从最内层到最外层降低。

5.根据权利要求1所述的零件，其中所述涂层包括连续层，在所述连续层中所述浓度从最内层到最外层增加。

6.根据权利要求1所述的零件，其中所述组成包括碳化钨和镍合金。

7.根据权利要求1所述的零件，其中所述材料包括碳化钨。

8.根据权利要求1所述的零件，其中所述主体具有形成有凹槽的设计的纵向凹槽。

9.根据权利要求1所述的零件，其中所述主体具有中心开口。

10.根据权利要求1所述的零件，其中所述主体形成圆柱体，所述圆柱体具有穿过其设置的中心开口。

11.一种阀，所述阀包括：

12.根据权利要求11所述的阀，其中所述材料是碳化钨。

13.根据权利要求11所述的阀，其中所述材料是陶瓷。

14.根据权利要求11所述的阀，其中所述零件是阀塞。

15.根据权利要求11所述的阀，其中所述零件是阀笼。

16.根据权利要求11所述的阀，其中所述零件是阀座。

17.一种套件，所述套件包括：

18.根据权利要求17所述的套件，其中所述碳化钨的浓度在所述第一位置和所述暴露表面之间增加。

19.根据权利要求17所述的套件，其中所述浓度从所述第一位置处的0％或约0％增加。

20.根据权利要求17所述的套件，所述套件进一步包括：

技术总结
本公开提供了一种涂层，该涂层被构造成用在控制阀的零件上。该构造可结合各种材料层，优选地在基底或衬底(例如，铬镍铁合金主体)上形成分层结构的材料层。在一个具体实施中，分层结构可布置为“堆叠的”单独层，其展现出材料(包括例如碳化钨和镍合金)的不同浓度或比率。碳化钨的浓度可从最内层到最外层增加。该特征可延长零件的使用寿命，特别是当与高侵蚀性过程流体(如通常存在于加氢裂化或精炼操作中的夹带颗粒的流体)一起使用时。在零件上制造分层结构可能需要使用增材制造技术，以便在本文预期的独特的有凹槽的设计上沉积不同组成和厚度的材料层。

技术研发人员：C·N·维拉索夫,C·E·耶茨,G·多丹,M·阿尼西莫夫,陈伟,A·S·卡钦哈斯基
受保护的技术使用者：德莱赛有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14