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低温阀门的设计
低温阀的设计与试验
一、低温阀门的材料选用
1、低温阀门的主体材料
1）主体材料选用应考虑的因素 从金相考虑，金属材料中除了具有面心立方晶格的奥氏体钢、铜、铝等以外，一 般的钢材在低温状态下会出现低温脆性，从而降低阀门的强度和使用寿命。
2）阀体、阀盖、阀座、阀瓣（闸板）材料的选用 温度高于-100℃时选用铁素体钢，温度低于-100℃选用奥氏体钢，低压及小口径 阀门可选用铜和铝等材料。
3）阀杆及紧固件的材料选用 温度高于-100℃时，阀杆和螺栓材料采用 Ni、Cr-Mo 等合金钢，经适当的热处 理，以提高抗拉强度和防止螺纹咬伤等。 温度高于-100℃时，采用奥氏体不锈耐酸钢。18-8 耐酸钢硬度低，会造成阀杆 与填料相互擦伤，至使填料处泄露。所以阀杆表面必须镀硬铬（厚度 0.04-0.06mm）,或进行氮化和镀镍磷处理，以提高表面硬度。 为防止螺母与螺栓咬死，螺母一般采用 Mo 钢或 Ni 钢，同时在螺纹表面涂二硫 化钼。
2、低温阀垫片、填料的选用 随着温度降低，氟塑料收缩量很大，会使密封性能下降，容易引起泄露。石棉填 料无法避免渗透性泄露，橡胶对液化天然气有泡胀性，在低温下不可采用。 在低温阀门设计中，一方面由结构设计来保证使填料处于接近环境温度下工作。 另一方面在选择填料是要考虑填料的低温特性。 低温阀中一般采用浸渍聚四氟乙 烯的石棉填料。 柔性石墨对气体、 液体均不渗透， 较低的紧固压力就可达到密封, 它还有自润滑性。柔性石墨的使用温度范围为-200-870℃。低温阀门也可采用无填料的波纹管密封结构。低温阀门用垫片必须在常温、 低温及温度变化下具有可靠的密封性和复原性。 常 采用聚四氟乙烯和耐酸钢带绕制的缠绕式垫片， 优先选用柔性石墨和耐酸钢带绕 制的缠绕式垫片(-200℃)。
二、低温阀门的特殊结构
1）阀体应能充分承受温度变化而引起的膨胀、收缩，且阀座部位的结构不会因 温度变化而产生永久变形。
2）阀盖：采用长颈阀盖结构，目的是起到保护填料函的作用。长颈阀盖结构还 便于缠绕保冷材料。
3）阀瓣（闸板） ：闸阀采用挠性闸板或开式闸板；截止阀的平阀座及针形阀， 采用塞子形阀瓣。这些结构形式不论温度如何变化，均能保持可靠的密封。
4）阀杆：阀杆需镀铬、镀镍磷或经氮化处理，以提高阀杆表面硬度，防止阀杆 与填料、填料压套相互咬死，损坏密封填料，造成填料函泄露。
5）垫片：垫片选用应考虑材料的低温性能，如压缩回弹性、予紧力、紧固压力 分布以及应力松弛特性等。
6）填料函及填料：填料函不能与低温段直接接触，而设在长颈阀盖顶端，使填 料函处于离低温区较远的位置，在 0℃以上的温度环境下工作，提高填料函 的密封效果。填料函多采用带有中间金属隔离环的二段填料结构，可以从填 料函中间加入润滑脂形成油封层，降低填料函压差。
7）上密封：低温阀都设有上密封结构，上密封要堆焊钴铬钨硬质合金，精加工 后研磨。
8）阀座、阀瓣、 （闸板）密封面：低温阀的关闭件采用钴铬钨硬质合金堆焊机 构。软密封结构由于聚四氟乙烯膨胀系数大，低温下变脆，所以仅使用温度 高于-70℃的低温阀，但聚三氟乙烯可用于-162℃的低温阀。
9）
中法兰螺栓：
1） ：螺栓应有足够的强度，因为螺栓在反复载荷下工作，常 会因疲劳而产生断裂。
2） ：因螺栓在螺纹根部易引起应力集中，所以最好采用全螺 纹结构的螺栓。
10） 保冷：又称隔温板，是一块焊在填料函下部长颈部分的圆形板。提高保温 效果。
11） 预防异常升压的措施：阀门关闭后，阀门腔内会残留一些液体。随着时间 的增加， 这些液体回吸收大气中的热量， 回升到常温并重新气化。 气化后， 其体积急剧膨胀，约增加 600 倍之多，因而产生极高的压力，并作用于阀 体内部。这种现象称为异常升压，是低温阀门特有现象。发生异常升压现 象时，会使闸板紧压在阀座上，导致闸板不能开启。高压会将中法兰垫片 冲出或冲坏填料；也可引起阀体、阀盖变形，使阀座密封性能显著下降。 为防止异常升压现象发生，一般低温阀门在结构上采用以下措施：
1）设置泄压孔，又称压力平衡孔或排气孔。
2）在阀门上设置引出管或安装安全阀以排出异常高压。 三、低温阀门的技术要求 深冷处理：将零件浸入低温液氮箱中保温一定时间，以减少其由于温差 和金相组织改变而产生的变形，从而提高阀门在低温时的密封性能的一 种处理方法。
1) 在阀瓣和阀座的密封面上堆焊硬质合金应符合 JB/T 6438 的规定。使用温度 低于-100℃时， 堆焊后要进行深冷处理， 即在研磨前浸在-196℃的液氮中保 冷 2-6h 后取出自然处理，然后研磨装配。
2) 用于-100℃以下的低温阀门，其阀体、阀盖、阀瓣、阀座、阀杆等零件在精 加工前应进行深冷处理， 即将零件浸放在液氮箱中进行冷却， 当零件温度达 到-196℃时，开始保温 1-2h，然后取出箱外处理到常温，重复循环 2 次。
四、低温阀门的试验方法 1、常温试验：常温试验应符合 GB/T13927、JB/T9092、API598 及 API 6D 的 规定。 2、低温试验：低温阀门的低温试验在常温试验合格后进行。 试验前应清除阀体中的水和油脂，用符合试验要求的热电偶与阀门连接， 试验过程中监测阀体、 阀盖的温度。 低温试验冷却介质为液氮与酒精的混 合液或液氮，试验介质为氦气。
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