特低溫閥門的設計要求

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 1） 之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹低溫閥門產生內漏主要原因是密封副在低溫狀態下產生變形所致。當介質溫度下降到使材料產生相變時造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產生翹曲變形而造成低溫密封不良。我們曾對DN250閥門進行低溫試驗，介質為液氮（-196℃）蝶板材料為1Cr18Ni9Ti（沒經過低溫處理）發現密封面翹曲變形量達0.12mm左右，這是造成低溫閥門內漏的主要原因。

1、特低溫閥門的設計要求低溫閥門主體材料
     （1） 主體材料選用應考慮的因素
        從金相考慮，金屬材料中除了具有面心立方晶格的奧氏體鋼、銅、鋁等以外，一般的鋼材在低溫狀態下會出現低溫脆性，從而降低閥門的強度和使用壽命。選擇主體材料時首先要選用適合于低溫下工作的材料。鋁在低溫下不會出現低溫脆性，但因鋁及鋁合金的硬度不高，鋁密封面的耐磨、耐擦傷性能差，所以在低溫閥門中的使用有一定的限制，僅在低壓和小口徑閥門中選用。
        在低溫工作的材料要保證其低溫性能，主要是保證其冷沖擊強度。閥內件必須通過正確選材，使其具有足夠的冷沖擊強度，才能防止斷裂。C和Cr的合金鋼在低于－20℃時候很快失去抗沖擊強度，所以使用溫度分別限制在-30℃和-50℃。含Ni量為3.5%的鎳鋼可以使用到-100℃，含Ni量9%的鎳鋼可以使用到-192℃。奧氏體不銹鋼、鎳、蒙乃爾合金、哈氏合金、鈦、鋁合金及青銅可以使用到更低的溫度（-273℃）。
        除此以外，低溫閥門的材料選用還應考慮以下一些因素：
        1） 閥門的低使用溫度；
        2） 金屬材料在低溫下保持工作條件所需要的力學性能，特別是沖擊韌性、相對延伸率及組織穩定性；
        3） 在低溫及無油潤滑的情況下，具有良好的耐摩性；
        4） 具有良好的耐蝕性；
        5） 采用焊接連接時還需考慮材料的焊接性能。
     （2） 閥體、閥蓋、閥座、閥瓣（閘板）材料的選用
        這些主體零部件材料的選用原則大致是：溫度高于-100℃時選用鐵素體鋼；溫度低于-100℃時選用奧氏體鋼；低壓及小口徑閥門可選用銅和鋁等材料。設計時根據低使用溫度選擇適當的材料。
     （3） 閥桿及緊固件的材料選用
        溫度高于-100℃時，閥桿和螺栓材料采用Ni、,Cr-Mo等合金鋼，經適當的熱處理，以提高抗拉強度和防止螺紋咬傷等。溫度低于-100℃時，采用奧氏體不銹耐酸鋼制造。但18-8耐酸鋼硬度低，會造成閥桿與填料相互擦傷，致使填料處泄漏。所以，閥桿表面必須鍍硬鉻（ 鍍層厚0.04-0.06mm），或進行氮化和鍍鎳磷處理，以提高表面硬度。為防止螺母與螺栓咬死，螺母一般采用Mo鋼或Ni鋼，同時在螺紋表面涂二硫化鉬。
        2、低溫閥門墊片、填料材料的選用
        隨著溫度降低，氟塑料收縮量很大，會使密封性能下降，容易引起泄漏。石棉填料無法避免滲透性泄漏。橡膠對液化天然氣有泡脹性，在低溫下不可采用。
        在低溫閥門設計中，一方面由結構設計來保證使填料處于接近環境溫度下工作，例如，采用長頸閥蓋結構，使填料函離低溫介質盡量遠些，另一方面在選擇填料時要考慮填料的低溫特性。低溫閥門中一般采用浸漬聚四氟乙烯的石棉填料。
        柔性石墨是新近發展起來的一種優良的密封材料。這種材料對氣體、液體均不滲透，在厚度方向有10%-15 %的彈性，較低的緊固壓力就可達到密封。它還有自潤滑性，用作閥門填料可以防止填料與閥桿的磨損。柔性石墨填料使用溫度范圍為—200~870℃。

二、特低溫閥門的設計要求低溫閥門的設計要求
        根據使用條件，低溫閥門的設計有下列要求：
        1） 閥門在低溫介質及周圍環境溫度下應具有長時間工作的能力。
        2） 閥門不應成為低溫系統的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如流入過多，還會使內部流體急速蒸發，產生異常升壓，造成危險。
        3） 低溫介質不應對手輪操作及填料密封性能產生有害的影響。
        4） 直接與低溫介質接觸的閥門組合件應具有防爆和防火結構。
        5） 在低溫下工作的閥門組合件無法潤滑，所以需要采取結構措施，以防止摩擦件擦傷。

三、低溫閥門性能的要求
低溫閥門在市面上的發展快速，但也存在著一些問題。低溫閥門產生泄漏的原因主要有兩種情況，一是內漏；二是外漏。 
    1） 閥門產生內漏主要原因是密封副在低溫狀態下產生變形所致。當介質溫度下降到使材料產生相變時造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產生翹曲變形而造成低溫密封不良。我們曾對DN250閥門進行低溫試驗，介質為液氮（-196℃）蝶板材料為1Cr18Ni9Ti（沒經過低溫處理）發現密封面翹曲變形量達0.12mm左右，這是造成內漏的主要原因。 
    新研制的蝶閥由平面密封改為錐面密封。閥座是一個斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環組成密封副。密封環可在蝶板槽內徑向浮動。當閥門關閉時，彈性密封環首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉動逐漸將密封環向內推，迫使彈性環再和斜圓錐面的長軸接觸，終導致彈性密封環與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環產生變形而達到的。因此當閥體或蝶板在低溫下產生變形時，都會被彈性密封環來吸收補償，不會產生泄漏和卡死現象。當閥門打開時這一彈性變形立即消失，在啟閉過程中基本沒有相對磨擦，故使用壽命長。 
    2） 閥門的外漏：其一是閥門與管路采用法蘭連接方式時，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產生松弛而導至泄漏。因此我們把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結構，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。一般多數閥門的填料采用F4，因為它的自滑性能好、摩擦系數小（對鋼的摩擦系數f=0.05～0.1），又具有*的化學穩定性，因此得到廣泛應用。但F4也有不足之處，一是冷流傾向大；二是線膨脹系數大，在低溫下產生冷縮導致滲漏，造成閥桿處大量結冰，至使閥門開啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結構即利用F4膨脹系數大的特點，通過予留的間隙達到常溫、低溫都可以密封的目的。 

低溫閥門設計：
△閥體設計：閥體是低溫閥門的主要受壓部件，必須有一定的強度才能保證低溫閥門的正常工作。在低溫工況下，閥體所承受的低溫應力、膨脹和收縮附加應力都很大，要保持低溫閥門密封副不發生變形，閥體必須有一定的剛度。同時，要防止低溫應力集中產生的破壞，應盡量避免在閥體中出現尖角、凹槽等。
△長頸閥蓋設計：低溫閥門需要采用長頸閥蓋結構，其日的是減少外界傳入裝置中的熱量；保證填料箱部位的溫度在0℃以上，使填料可以正常工作；防止因填料函部分過冷而使處在填料函部位的閥桿以及閥蓋上部的零件結霜或凍結。
△泄壓部件設計：異常升壓的問題一般只存在于低溫閘閥中。當閘閥閘板關閉后，殘留在閥體中腔的低溫介質從周圍環境中大量吸收熱量，迅速汽化，在閥體內產生很高的壓強。異常升壓的危害很大，它可能將閘板緊緊地壓在閥座上，導致閘板卡死，使閥門不能正常工作，也可能沖壞填料和法蘭墊片，甚至引起閥體爆炸。因此必須采取措施加以避免。
低溫閥門應用：

低溫閥門設計,低溫閥門應用
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調式減壓閥,自力式減壓閥低溫閥門是指低溫球閥、低溫閘閥、低溫截止閥、低溫止回閥等，主要用于介質為乙烯、液化天然氣、液氧、液氮、液氬、二氧化碳低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上作為流體控制使用。低溫閥門是指溫度在-40℃-120℃之間，而-120℃-196℃之間稱之為超低溫閥門，英博低溫閥門經特殊的低溫處理，將粗加工的零件置于冷卻介質中數小時（2-6小時），以釋放應力，確保材料的低溫性能，保證精加工尺寸，以防閥門在低溫工況時，因溫度變化造成變形而導致的泄漏。閥門的裝配與普通閥門也不同，零件需經過嚴格的清洗，除去任何油污，以保證使用性能。
    新研制的蝶閥由平面密封改為錐面密封。閥座是一個斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環組成密封副。密封環可在蝶板槽內徑向浮動。當低溫閥門關閉時，彈性密封環首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉動逐漸將密封環向內推，迫使彈性環再和斜圓錐面的長軸接觸，終導致彈性密封環與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環產生變形而達到的。因此當閥體或蝶板在低溫下產生變形時，都會被彈性密封環來吸收補償，不會產生泄漏和卡死現象。當低溫閥門打開時這一彈性變形立即消失，在啟閉過程中基本沒有相對磨擦，故使用壽命長。

    2） 低溫閥門的外漏：其一是閥門與管路采用法蘭連接方式時，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產生松弛而導至泄漏。因此我們把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結構，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。一般多數低溫閥門的填料采用F4，因為它的自滑性能好、摩擦系數小（對鋼的摩擦系數f=0.05～0.1），又具有*的化學穩定性，因此得到廣泛應用。但F4也有不足之處，一是冷流傾向大；二是線膨脹系數大，在低溫下產生冷縮導致滲漏，造成閥桿處大量結冰，至使低溫閥門開啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結構即利用F4膨脹系數大的特點，通過予留的間隙達到常溫、低溫都可以密封的目的。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求