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低溫球閥和普通球閥的區(qū)別

低溫球閥的工作介質(zhì)大部分為易燃、易爆、滲透性強(qiáng)的物質(zhì)，zui低工作溫度可達(dá)-269℃，zui高使用壓力達(dá)10MPa，工作的條件都是比較苛刻的。因此，低溫閥門的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與常溫閥門相比有很大的區(qū)別。

低溫閥門是指能夠在低溫工況下使用的閥門，通常把工作溫度低于-40℃的閥門稱為低溫閥門。低溫球閥是石油化工、空氣分離、天然氣等工業(yè)*的重要設(shè)備之一，其質(zhì)量的優(yōu)劣決定著能否安全、經(jīng)濟(jì)、持續(xù)地生產(chǎn)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，低溫閥門的用途越來越廣，需求也越來越大。

從材料上看，例如美國威盾VTON的低溫球閥有CF8、LCB、LF1、F304等十多種，可以適用于不同的溫度和介質(zhì)，且都制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不僅規(guī)定了鑄鍛件的尺寸和外觀質(zhì)量要求，還對鑄鍛件的化學(xué)成分、熱處理、力學(xué)性能、物理性能、焊補(bǔ)、焊后熱處理、探傷、晶間腐蝕試驗(yàn)（奧氏體鋼）、沖擊試驗(yàn)（低溫閥門）等做了嚴(yán)格的技術(shù)要求。

根據(jù)美國威盾VTON的低溫球閥的制造標(biāo)準(zhǔn)和要求，低溫球閥具有與普通球閥不同的特征：

1低溫閥門的一般設(shè)計(jì)要求

（1）閥門及其組合件在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應(yīng)具有長時(shí)間工作的能力（一般為10年或是3500~5000次循環(huán)）；

（2）球閥相對于低溫介質(zhì)，不應(yīng)成為一個(gè)顯著熱源，這是因?yàn)闊崃康牧魅霑档蜔嵝?，而且熱量流入過多，還可能使閥門內(nèi)部的低溫介質(zhì)汽化，產(chǎn)生異常升壓，造成危險(xiǎn)；

（3）低溫介質(zhì)不應(yīng)對手輪的操作性能和填料的密封性能產(chǎn)生有害影響；

（4）直接和低溫介質(zhì)接觸的閥門組合件的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)的防爆和防火要求；

（5）在低溫狀態(tài)下工作的閥門組合件不能潤滑，所以需要采取措施，防止摩擦部件被擦傷。

上述要求應(yīng)當(dāng)貫穿低溫閥門設(shè)計(jì)過程的始終，另外應(yīng)當(dāng)注意到上述要求是對低溫閥門*的要求，在低溫閥門的設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)當(dāng)同時(shí)遵守相關(guān)的通用閥門的要求。

2低溫閥門的冷卻性能

低溫閥門的冷卻性能是指低溫球閥從常溫冷卻到工作溫度的能力。這一性能可以利用閥門在上述過程中所消耗的能量，即在上述過程中閥門傳給低溫介質(zhì)的熱量Q2來衡量。對于周期性工作的低溫閥門來說冷卻性能指標(biāo)有著極其重要的意義。但僅僅用Q2來衡量低溫球閥冷卻性能是不夠的，可采用如下指標(biāo)：

3.1閥體、閥蓋、閥座、啟閉件等的材料選擇

溫度高于-100℃時(shí)可選用鐵素體不銹鋼，溫度低于-100℃時(shí)選用奧氏體不銹鋼，低壓和小口徑閥門可選用銅合金或鋁合金。

3.2閥桿材料選擇

采用奧氏體不銹耐酸鋼制造，需經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚蕴岣呖估瓘?qiáng)度，同時(shí)必須鍍硬鉻（鍍層厚度0.04~0.06mm），或進(jìn)行滲氮處理，以提高表面硬度。

3.3緊固件材料選擇

溫度高于-100℃時(shí)，螺栓材料采用Ni、Cr-Mo等合金鋼，需經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以防止螺紋咬傷；溫度低子-100℃時(shí)，螺栓材料可采用奧氏體不銹鋼。螺母材料一般采用Mo鋼或Ni鋼，同時(shí)螺紋表而涂二硫化鑰。

3.4墊片材抖選擇

使用溫度高于-196℃，低溫zui高使用壓力為3MPa時(shí)，可采用長纖維自石棉制成的石棉橡膠板；使用溫度高于-196℃，低溫zui高使用壓力為5MPa時(shí)，可采用不銹鋼帶石棉纏繞式墊片、不銹鋼帶聚四氟乙烯纏繞式墊片或不銹鋼帶膨脹石墨纏繞式墊片。

這里需強(qiáng)調(diào)一下，所有低溫材料部件在精加工之前必須進(jìn)行深冷處理，以減小低溫閥門在低溫工況下的收縮變形。

4低溫閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

低溫閥門的結(jié)構(gòu)與通用閥門存在一定差異，在低溫閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，除了要考慮閥門結(jié)構(gòu)的一般性要求外，還需要重點(diǎn)解決以下一些問題：

（1）低溫閥門關(guān)閉后，殘留在閥體中的低溫介質(zhì)因溫度升高而迅速氣化，造成閥體內(nèi)部異常升壓的問題；（2）低溫對填料函密封性能的不利影響；（3）零部件冷變形對閥門的有害影響；（4）低溫介質(zhì)對零部件的防爆要求等。

還應(yīng)當(dāng)注意到低溫球閥除了在低溫介質(zhì)下工作外，同樣要在周圍環(huán)境溫度下工作，即在20℃左右的溫度下工作，在設(shè)計(jì)閥門元件時(shí)，特別在設(shè)計(jì)啟閉密封件時(shí)必須考慮到這點(diǎn)。

根據(jù)工作現(xiàn)場的實(shí)際需要，對低溫閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出以下基木要求：

（1）閥體應(yīng)能充分承受溫度變化而引起的膨脹、收縮，且閥座部分的結(jié)構(gòu)不會因溫度變化而產(chǎn)生*變形；

（2）采用能保護(hù)填料函的長頸閥蓋結(jié)構(gòu)；

（3）采用無論溫度如何變化均能保持可靠密封的閥瓣，例如閘閥采用彈性閘板和開式閘板、截止閥采用錐形閥瓣等，

（4）采用上密封結(jié)構(gòu)；

（5）采用鉆鉻鎢硬質(zhì)合金堆焊結(jié)構(gòu)的閥座、閥瓣密封面；

（6）采用泄壓孔防止異常升壓，泄壓孔開設(shè)位置視閥門結(jié)構(gòu)而定，可以設(shè)在閥體上，也可以設(shè)在閘板上。

4.1低溫球閥閥體的設(shè)計(jì)

閥體是閥門的主要受壓部件，必須有一定的強(qiáng)度才能保證閥門的正常工作。在低溫工況下，閥體所承受的低溫應(yīng)力、膨脹和收縮附加應(yīng)力都很大，要保持閥門密封副不發(fā)生變形，閥體必須有一定的剛度。同時(shí)，要防止低溫應(yīng)力集中產(chǎn)生的破壞，應(yīng)盡量避免在閥體中出現(xiàn)尖角、凹槽等。

4.2低溫閥門長頸閥蓋的設(shè)計(jì)

低溫閥門需要采用長頸閥蓋結(jié)構(gòu)，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(jié)霜或凍結(jié)。

長頸閥蓋的設(shè)計(jì)主要是頸部長度L的設(shè)計(jì)，L指的是填料函底部到上密封座上表面的距離（如圖1），它和材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱面積及表面散熱系數(shù)、散熱面積等因素有關(guān)，計(jì)算比較繁瑣，一般由實(shí)驗(yàn)法求得。通常情況下，可以按表2來確定。

在工業(yè)應(yīng)用中，可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況（如保溫、操作空間、位置等）的需要，適當(dāng)?shù)募娱L頸部尺寸。

4.3泄壓部件的設(shè)計(jì)

異常升壓的問題一般只存在于低溫閘閥中。當(dāng)閘閥閘板關(guān)閉后，殘留在閥體中腔的低溫介質(zhì)從周圍環(huán)境中大量吸收熱量，迅速汽化，在閥體內(nèi)產(chǎn)生很高的壓強(qiáng)。異常升壓的危害很大，它可能將閘板緊緊地壓在閥座上，導(dǎo)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。

常用的措施是設(shè)計(jì)泄壓孔和設(shè)置旁路系統(tǒng)。對小口徑閥門（DN≤300mm）可以直接在閘板靠近高壓側(cè)（即進(jìn)口端）設(shè)計(jì)一個(gè)泄壓孔，對于大口徑閥門則需增加旁路系統(tǒng)。對于增加了泄壓孔或旁路系統(tǒng)的低溫閥門必須標(biāo)明介質(zhì)流向。

4.4上密封裝置的設(shè)計(jì)

在閥門全開時(shí)，阻止工作介質(zhì)向填料函處泄漏的一種裝置稱為L密封裝置。

上密封裝置有兩個(gè)作用。*，上密封裝置可以減小工作介質(zhì)對填料的損壞。工業(yè)閥門在絕大多數(shù)工作時(shí)間處于開啟狀態(tài)，如無上密封裝置，則介質(zhì)壓力直接作用于填料。填料長期處于受壓狀態(tài)，易老化。第二，當(dāng)填料處有泄漏時(shí)，全開閥門，使上密封裝置處于工作狀態(tài)，就可以帶壓進(jìn)行填料更換。因此，對于閘閥和截止閥都規(guī)定要有上密封裝置。

上密封面可用在閥蓋上堆焊鉆鉻鎢硬質(zhì)合金，然后精加工、研磨而成的工藝制得（對于奧氏體不銹鋼材料的閥蓋，可直接在閥蓋上加工上密封面），也可在專門的上密封座上研磨而成。

總之，在低溫閥門的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮低溫對閥門的各種影響，采用合理的結(jié)構(gòu)，避免低溫對閥門正常工作的不良影響。

5低溫閥門的檢驗(yàn)

低溫閥門除了要做常溫檢驗(yàn)外，還必須做低溫試驗(yàn)。

常溫檢驗(yàn)主要包括殼體水壓強(qiáng)度試驗(yàn)，水壓、氣壓密封試驗(yàn)，上密封試驗(yàn)，以及啟閉和扭矩試驗(yàn)等。

低溫試驗(yàn)的主要目的是檢驗(yàn)低溫閥門在低溫狀態(tài)下的操作性能和密封性能。操作性能要求閥門啟閉靈活，移動件和密封副不得發(fā)生擦傷和咬死。密封性能要求閥門密封面泄漏量小于允許泄漏量。

總之，低溫球閥要求經(jīng)過低溫深冷處理的不銹鋼作為閥門材質(zhì)，必須加長桿處理，能耐用于-196℃的LNG，液氮，液氧，液化天然氣介質(zhì)的場合。