01.概述

高压加氢闸阀在加氢裂化和加氢精制工艺中被用于控制氢气的流动和压力，在生产过程中，高压氢气与原料油发生化学反应，以提高油品的质量和产量。高压加氢闸阀性能的稳定可保证高压氢气输送的稳定性，这样才能保证整个炼油系统生产的稳定输出，对炼油过程的安全和效率起重要作用。而高压加氢闸阀的工况环境为高温(280~450℃)、高压（16~27MPa）、氢气环境这种恶劣环境，对阀门各方面性能有着极高的要求，为确保其在如此恶劣工况下的可靠性和耐用性，高压加氢闸阀的设计和制造必须严格遵循相关的标准，甚至高于标准。

高压加氢闸阀在工作过程中，承受着高温、高压工况，面临严重的氢腐蚀问题，高压加氢闸阀容易发生氢脆、应力腐蚀和疲劳等失效现象，导致装置发生泄漏、爆炸等严重事故，威胁生命安全和设备安全；而且面对高流速的氢气冲刷，再结合阀门本身在启闭过程中的机械磨损，高压加氢阀门在使用过程中容易发生密封面失效，从而造成内漏或者外漏现象，这些均严重影响着阀门的可靠性，降低使用寿命。高压加氢闸阀若是频繁的进行维修，会导致整个生产装置停车，不仅增加了阀门的维修成本，更影响正常生产，造成巨大的损失。自从高压加氢闸阀在炼油工业中使用以来，冲刷磨损和氢腐蚀问题均影响着阀门的使用寿命。因此，本文对高压加氢闸阀的冲刷磨损进行深入分析，研究氢腐蚀对阀门材料的影响，对于提高高压加氢阀门的使用寿命和安全性能具有积极的指导作用和现实意义。

02.高压加氢闸阀氢腐蚀分析

氢腐蚀是阀门在临氢或者含氢环境中面临的严重问题，对阀门有着重要影响，随着炼油行业的发展，在高温高压工况环境中氢腐蚀问题更为突出。

2.1 氢腐蚀的成因及影响

目前，行业中对于氢腐蚀的研究有着较多成果，主要包括以下几个方面：

（1）氢脆现场：氢气在高压下与金属材料接触，氢原子进入金属晶格，导致金属材料的塑性和韧性下降，从而加速腐蚀。

（2）电化学腐蚀：氢气与金属表面形成电化学腐蚀电池，导致金属表面发生腐蚀反应。

（3）化学腐蚀：氢气与金属表面发生化学反应，生成氢化物，对金属造成腐蚀。

（4）应力腐蚀：氢气在高压下对金属产生应力作用，加速腐蚀。

（5）环境因素：温度、湿度和介质成分等环境因素均会影响氢气对高压加氢闸阀的腐蚀程度。

高压加氢闸阀在氢气介质中，氢原子可以渗入金属晶格，破坏金属原子间的键连接，导致阀门材料性能下降，金属材料的塑性和韧性降低，容易发生脆性断裂；氢诱导应力腐蚀使材料易发生应力腐蚀开裂，氢原子在材料内部扩散，与金属晶界和缺陷处的应力场相互作用，加速应力腐蚀开裂的发生；材料疲劳寿命显著降低，氢原子的存在会加速材料的疲劳裂纹扩展，使材料的疲劳寿命大幅缩短；氢环境下材料的摩擦学性能发生改变。氢气会影响材料表面的氧化膜和润滑性能，增加材料间的摩擦系数，加剧表面磨损。

若氢腐蚀发生在密封面上，则会破坏阀门的密封面，导致阀门密封面出现损坏，降低密封性能；腐蚀严重时会造成泄漏，影响生产的稳定性和安全性，甚者引发安全事故。因此，必须重视氢腐蚀的问题。高压加氢闸阀金属材料发生氢腐蚀后，主要出现以下问题：

（1）屈服强度和抗拉强度降低，金属材料的物理性能大幅下降。

（2）延伸率和断面收缩率明显减小，材料的塑性和韧性严重退化。

（3）断口形貌由韧性断口转变为脆性断口，材料变得更加脆硬，断口呈现晶间或晶内断裂。

（4）疲劳寿命缩短，氢原子会加速材料的疲劳裂纹扩展，疲劳寿命大幅降低。

综上所述，氢腐蚀是高压加氢闸阀在工作过程发生失效的关键因素之一，以下几个因素对氢腐蚀程度有着较大影响：工况压力，在高压环境中，氢气与金属材料相互作用加强，加速了氢脆现象；温度越高，氢气分子越活跃，促进电化学腐蚀的发生；潮湿环境也更能加剧氢腐蚀；此外，氢气介质的纯净度、阀门金属材料的选择、结构设计以及加工工艺的不同等均对氢腐蚀有着重要影响。

2.2 减轻高压加氢闸阀氢腐蚀的措施

2.2.1 金属材料选择及表面处理

高压加氢闸阀的金属材料在氢气介质中会发生氢腐蚀，因此金属材料的选用及材料的表面处理是极为重要的。在选择高压加氢闸阀的金属材料时，优先选用抗氢性能优异的金属材料，通常使用的抗氢材料包括奥氏体不锈钢、镍基合金钢、钛合金等金属，并在铸造或锻造时，严格控制金属材料中P、S的含量；进而金属材料在氢气环境下会有较高的强度、塑性等物料性能及抗氢腐蚀的能力，防止壁面氢腐蚀的发生。

金属材料表面处理技术可极大的提高材料的耐氢性能。目前，表面处理工艺常用的方法包括渗氮、渗碳、镀镍、等离子喷涂等。经过表面处理，在金属材料的表面形成一层保护层，此保护层能有效阻止氢原子直接接触到金属材料本体，从而提高材料的抗氢脆性能，延长金属材料在氢气环境的使用寿命。此外，目前较为先进的DLC及陶瓷涂层等表面处理技术也可提高金属材料的抗氢腐蚀性能，降低氢腐蚀风险。

在金属材料选择和表面工艺处理的过程中，还需考虑金属材料的可加工性，确保高压加氢闸阀在生产过程中不会产生内部缺陷，提高高压加氢闸阀在氢气介质下的使用寿命。

高压加氢闸阀在设计时须根据标准合理的选择抗氢金属材料，并且采用合适的表面处理工艺，提高其在高温高压的氢环境工况下的抗氢腐蚀能力。

2.2.2 设计优化及加工工艺优化

在设计高压加氢闸阀时，严格按照标准（比如JB/T 11484-2013《高压加氢装置用阀门技术规范》），并且在设计时考虑零部件在加工中产生的应力集中现象，在金属零件产生应力集中区域易成为应力腐蚀和疲劳失效的发生点，该区域更易产生氢腐蚀；此外，在应力腐蚀和氢腐蚀的双重作用下，金属零件的寿命大大降低。因此，通过优化设计，如采用圆角过渡、防止应力集中，提高金属零件的抗疲劳和抗氢腐蚀的能力。

高压加氢闸阀的零部件在机加工时，应采用先进的加工工艺，提高零部件的表面粗糙度。若是零部件表面质量存在缺陷，如裂纹、孔洞等，均将成为应力腐蚀和疲劳失效的发生点，引发金属零部件的氢腐蚀。故采用先进的制造加工工艺，提高闸阀零部件表面的光洁度，可有效降低氢腐蚀发生的风险。

此外，高压加氢闸阀的金属零部坯件加工时，采用合理的热处理工艺，调整坯件内部的应力状态；在机加过程中会产生残余应力，这些均可加速应力腐蚀，易产生疲劳裂纹，引发氢腐蚀。因此，通过采用合理的热处理工艺，如固溶处理、正火、调质等，控制热处理的温度、时间等参数，降低应力腐蚀和疲劳失效以及氢腐蚀的风险。

高压加氢闸阀在使用过程中的氢腐蚀会引发失效，甚至会引发安全事故，想要提高阀门的使用寿命必须重视氢腐蚀的问题。本文通过对氢腐蚀成因的分析和相关的实验研究，为更好的解决氢腐蚀问题提供理论依据。

03.高压加氢闸阀的冲刷磨损分析

高压加氢闸阀在长期使用过程中，高温高压氢气和原料油介质在阀门内部高速流动，在如此高速流动和高压条件下，对高压加氢闸阀闸板和阀座壁面进行强烈的冲刷作用，造成金属材料表面的流失。这种冲刷磨损是由于氢气与闸板、阀座等部件的相对运动造成的，特别是闸阀内部凹槽中的涡流对颗粒的运动和冲蚀磨损有着重要影响。长期冲刷导致部件表面出现磨损、腐蚀和疲劳裂纹，降低高压加氢闸阀的密封性能和使用寿命。

3.1 冲刷磨损对高压加氢闸阀性能的影响

氢气介质对高压加氢闸阀的冲刷磨损对使用性能的影响十分显著。首先，冲刷磨损会导致阀门的密封性能下降，使氢气泄漏，影响炼油过程的稳定性和效率；其次，冲刷磨损会缩短高压加氢闸阀的使用寿命，增加维修和更换频率，增加炼油厂的运营成本；最后，严重的冲刷磨损还可能引发泄漏和安全事故，对炼油厂的安全生产构成严重威胁。

3.2 介质对高压加氢闸冲刷磨损的表现

（1）长期使用后的高压加氢闸阀的闸板和阀座表面具有明显的磨损痕迹：这是由于氢气的高速流动，闸板和阀座的接触面受到剧烈冲刷，从而导致表面出现磨损痕迹；这些痕迹会逐渐加深，影响阀门的密封性能。

（2）在高压加氢闸阀内壁面有凹坑和裂纹形成：长期的冲刷和腐蚀作用可能导致闸板和阀座表面出现凹坑和裂纹；这些凹坑和裂纹会降低阀门的密封性能，增加泄漏风险。

（3）高压加氢闸阀出现泄漏：冲刷磨损会导致阀门无法完全关闭，故出现泄漏现象；这不仅影响炼油过程的稳定性和效率，还会对环境造成污染。

（4）引发生产事故或安全事故：高压加氢闸阀因冲刷磨损严重而导致无法正常工作，引发事故。

3.3 高压加氢闸阀对冲刷磨损的优化方案

为解决冲刷磨损问题，可从以下方面对高压加氢闸阀进行优化：

（1）在高压加氢闸阀设计选材时选择耐腐蚀、耐磨的材料，如采用镍基合金等，可提高闸板和阀座的耐磨性和抗冲刷能力。

（2）通过改进高压加氢闸阀闸板和阀座的结构设计，减少冲刷磨损；如采用特殊形状的闸板和阀座，以减少氢气的冲刷力，提高其使用寿命。

（3）对于高压加氢闸阀接触介质发生冲刷磨损的金属零部件，如闸板和阀座，在其表面喷涂耐磨涂层，可有效提高其耐磨性和抗腐蚀性。

高压加氢闸阀在工作时，氢气介质对阀门的冲刷磨损是一个复杂的过程，特别是在阀门启闭的过程中；其中，氢气介质的流速是影响冲刷磨损的最主要因素。高速流动的氢气介质对阀门流道壁面产生冲击和磨损，并且时刻处于氢腐蚀的环境中；氢气介质中的杂质也起着重要作用，杂质颗粒会对阀门流道壁面产生磨粒磨损。这种情况下，可以通过净化氢气介质，降低其杂质含量，达到减少磨粒磨损的目的。

此外，高压加氢闸阀金属材料的硬度和表面粗糙度决定着零件对冲刷磨损的抵抗能力。若是金属材料的硬度过低或表面粗糙低，零件表面更易被氢气冲刷而造成材料损伤。因此，选择硬度高的金属材料以及采用先进的表面处理工艺、控制金属零件的表面光洁度，可极大提高阀门的耐磨性，延长使用寿命；而在设计时，对高压加氢闸阀的流道进行优化，减少湍流和死角，也可极大的降低氢气介质对阀门的冲刷磨损。

随着新材料和加工技术的发展，高压加氢闸阀的设计制造能力也在不断的提升，对于抗冲刷磨损的性能和使用寿命也将得到极大的提升。

04.结语

高压加氢闸阀在炼油行业中承受着高温、高压和氢腐蚀的考验，在如此恶劣的工况条件下，对其性能要求极高。首先，高压加氢闸阀必须选用具备良好的耐氢腐蚀性的金属材料，以抵抗氢气介质的氢腐蚀，且对金属材料的强度也有一定的要求；选择合理的加工工艺，进行优化设计，使高压加氢闸阀具备良好的耐磨性。其次，高压加氢闸阀在工作状态下，其金属材料不仅承受氢腐蚀，还面对氢气介质冲刷磨损的双重考验，极易发生脆性断裂或密封面损坏，从而导致泄漏的安全事故。最后，高压加氢闸阀还必须具备出色的密封性能，防止泄漏；此外，还应具有高强度和韧性，可承受恶劣工况，如高压和高温带来的应力变化。本文通过对高压加氢闸阀的失效模式进行分析，为炼油行业高压加氢闸阀的设计制造提供指导作用。