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低溫閥門的設(shè)計(jì)
低溫閥的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)
一、低溫閥門的材料選用
1、低溫閥門的主體材料
1）主體材料選用應(yīng)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(tài)下會(huì)出現(xiàn)低溫脆性，從而降低閥門的強(qiáng)度和使用壽命。
2）閥體、閥蓋、閥座、閥瓣（閘板）材料的選用 溫度高于-100℃時(shí)選用鐵素體鋼，溫度低于-100℃選用奧氏體鋼，低壓及小口徑 閥門可選用銅和鋁等材料。
3）閥桿及緊固件的材料選用 溫度高于-100℃時(shí)，閥桿和螺栓材料采用 Ni、Cr-Mo 等合金鋼，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽?理，以提高抗拉強(qiáng)度和防止螺紋咬傷等。 溫度高于-100℃時(shí)，采用奧氏體不銹耐酸鋼。18-8 耐酸鋼硬度低，會(huì)造成閥桿 與填料相互擦傷，至使填料處泄露。所以閥桿表面必須鍍硬鉻（厚度 0.04-0.06mm）,或進(jìn)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(shí)在螺紋表面涂二硫 化鉬。
2、低溫閥墊片、填料的選用 隨著溫度降低，氟塑料收縮量很大，會(huì)使密封性能下降，容易引起泄露。石棉填 料無法避免滲透性泄露，橡膠對(duì)液化天然氣有泡脹性，在低溫下不可采用。 在低溫閥門設(shè)計(jì)中，一方面由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來保證使填料處于接近環(huán)境溫度下工作。 另一方面在選擇填料是要考慮填料的低溫特性。 低溫閥中一般采用浸漬聚四氟乙 烯的石棉填料。 柔性石墨對(duì)氣體、 液體均不滲透， 較低的緊固壓力就可達(dá)到密封, 它還有自潤(rùn)滑性。柔性石墨的使用溫度范圍為-200-870℃。低溫閥門也可采用無填料的波紋管密封結(jié)構(gòu)。低溫閥門用墊片必須在常溫、 低溫及溫度變化下具有可靠的密封性和復(fù)原性。 常 采用聚四氟乙烯和耐酸鋼帶繞制的纏繞式墊片， 優(yōu)先選用柔性石墨和耐酸鋼帶繞 制的纏繞式墊片(-200℃)。
二、低溫閥門的特殊結(jié)構(gòu)
1）閥體應(yīng)能充分承受溫度變化而引起的膨脹、收縮，且閥座部位的結(jié)構(gòu)不會(huì)因 溫度變化而產(chǎn)生永久變形。
2）閥蓋：采用長(zhǎng)頸閥蓋結(jié)構(gòu)，目的是起到保護(hù)填料函的作用。長(zhǎng)頸閥蓋結(jié)構(gòu)還 便于纏繞保冷材料。
3）閥瓣（閘板） ：閘閥采用撓性閘板或開式閘板；截止閥的平閥座及針形閥， 采用塞子形閥瓣。這些結(jié)構(gòu)形式不論溫度如何變化，均能保持可靠的密封。
4）閥桿：閥桿需鍍鉻、鍍鎳磷或經(jīng)氮化處理，以提高閥桿表面硬度，防止閥桿 與填料、填料壓套相互咬死，損壞密封填料，造成填料函泄露。
5）墊片：墊片選用應(yīng)考慮材料的低溫性能，如壓縮回彈性、予緊力、緊固壓力 分布以及應(yīng)力松弛特性等。
6）填料函及填料：填料函不能與低溫段直接接觸，而設(shè)在長(zhǎng)頸閥蓋頂端，使填 料函處于離低溫區(qū)較遠(yuǎn)的位置，在 0℃以上的溫度環(huán)境下工作，提高填料函 的密封效果。填料函多采用帶有中間金屬隔離環(huán)的二段填料結(jié)構(gòu)，可以從填 料函中間加入潤(rùn)滑脂形成油封層，降低填料函壓差。
7）上密封：低溫閥都設(shè)有上密封結(jié)構(gòu)，上密封要堆焊鈷鉻鎢硬質(zhì)合金，精加工 后研磨。
8）閥座、閥瓣、 （閘板）密封面：低溫閥的關(guān)閉件采用鈷鉻鎢硬質(zhì)合金堆焊機(jī) 構(gòu)。軟密封結(jié)構(gòu)由于聚四氟乙烯膨脹系數(shù)大，低溫下變脆，所以僅使用溫度 高于-70℃的低溫閥，但聚三氟乙烯可用于-162℃的低溫閥。
9）
中法蘭螺栓：
1） ：螺栓應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，因?yàn)槁菟ㄔ诜磸?fù)載荷下工作，常 會(huì)因疲勞而產(chǎn)生斷裂。
2） ：因螺栓在螺紋根部易引起應(yīng)力集中，所以最好采用全螺 紋結(jié)構(gòu)的螺栓。
10） 保冷：又稱隔溫板，是一塊焊在填料函下部長(zhǎng)頸部分的圓形板。提高保溫 效果。
11） 預(yù)防異常升壓的措施：閥門關(guān)閉后，閥門腔內(nèi)會(huì)殘留一些液體。隨著時(shí)間 的增加， 這些液體回吸收大氣中的熱量， 回升到常溫并重新氣化。 氣化后， 其體積急劇膨脹，約增加 600 倍之多，因而產(chǎn)生極高的壓力，并作用于閥 體內(nèi)部。這種現(xiàn)象稱為異常升壓，是低溫閥門特有現(xiàn)象。發(fā)生異常升壓現(xiàn) 象時(shí)，會(huì)使閘板緊壓在閥座上，導(dǎo)致閘板不能開啟。高壓會(huì)將中法蘭墊片 沖出或沖壞填料；也可引起閥體、閥蓋變形，使閥座密封性能顯著下降。 為防止異常升壓現(xiàn)象發(fā)生，一般低溫閥門在結(jié)構(gòu)上采用以下措施：
1）設(shè)置泄壓孔，又稱壓力平衡孔或排氣孔。
2）在閥門上設(shè)置引出管或安裝安全閥以排出異常高壓。 三、低溫閥門的技術(shù)要求 深冷處理：將零件浸入低溫液氮箱中保溫一定時(shí)間，以減少其由于溫差 和金相組織改變而產(chǎn)生的變形，從而提高閥門在低溫時(shí)的密封性能的一 種處理方法。
1) 在閥瓣和閥座的密封面上堆焊硬質(zhì)合金應(yīng)符合 JB/T 6438 的規(guī)定。使用溫度 低于-100℃時(shí)， 堆焊后要進(jìn)行深冷處理， 即在研磨前浸在-196℃的液氮中保 冷 2-6h 后取出自然處理，然后研磨裝配。
2) 用于-100℃以下的低溫閥門，其閥體、閥蓋、閥瓣、閥座、閥桿等零件在精 加工前應(yīng)進(jìn)行深冷處理， 即將零件浸放在液氮箱中進(jìn)行冷卻， 當(dāng)零件溫度達(dá) 到-196℃時(shí)，開始保溫 1-2h，然后取出箱外處理到常溫，重復(fù)循環(huán) 2 次。
四、低溫閥門的試驗(yàn)方法 1、常溫試驗(yàn)：常溫試驗(yàn)應(yīng)符合 GB/T13927、JB/T9092、API598 及 API 6D 的 規(guī)定。 2、低溫試驗(yàn)：低溫閥門的低溫試驗(yàn)在常溫試驗(yàn)合格后進(jìn)行。 試驗(yàn)前應(yīng)清除閥體中的水和油脂，用符合試驗(yàn)要求的熱電偶與閥門連接， 試驗(yàn)過程中監(jiān)測(cè)閥體、 閥蓋的溫度。 低溫試驗(yàn)冷卻介質(zhì)為液氮與酒精的混 合液或液氮，試驗(yàn)介質(zhì)為氦氣。
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