超低溫深冷閥門材料設(shè)計(jì)

【資料簡介】

超低溫深冷閥門材料設(shè)計(jì)低溫閥門，特別是超低溫閥門，其工作溫度極低。在設(shè)計(jì)這類閥門時(shí)，除了應(yīng)遵循一般閥門的設(shè)計(jì)原則外，還有一些特殊的要求。截止閥的啟閉件是塞形的閥瓣，密封面呈平面或錐面，閥瓣沿流體的中心線作直線運(yùn)動。閥桿的運(yùn)動形式，有升降桿式（閥桿升降，手輪不升降），也有升降旋轉(zhuǎn)桿式（手輪與閥桿一起旋轉(zhuǎn)升降，螺母設(shè)在閥體上）。截止閥只適用于全開和全關(guān)，不允許作調(diào)節(jié)和節(jié)流。適用溫度：-45~-197     適用介質(zhì)：液氨  柔性石墨填料使用溫度范圍為200~870℃。

一、超低溫深冷閥門材料設(shè)計(jì)低溫閥門的設(shè)計(jì)要求
根據(jù)使用條件，低溫閥的設(shè)計(jì)有下列要求：
1）閥門在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應(yīng)具有長時(shí)間工作的能力。
2）閥門不應(yīng)成為低溫系統(tǒng)的一個(gè)顯著熱源。這是因?yàn)闊崃康牧魅氤档蜔嵝释?，如流入過多，還會使內(nèi)部流體急速蒸發(fā)，產(chǎn)生異常升壓，造成危險(xiǎn)。
3）低溫介質(zhì)不應(yīng)對手輪操作及填料密封性能產(chǎn)生有害的影響。
4）直接與低溫介質(zhì)接觸的閥門組合件應(yīng)具有防爆和防火結(jié)構(gòu)。
5）在低溫下工作的閥門組合件無法潤滑，所以需要采取結(jié)構(gòu)措施，以防止摩擦件擦傷。

二、超低溫深冷閥門材料設(shè)計(jì)的材料選用
1、低溫閥主體材料
（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)下會出現(xiàn)低溫脆性，從而降低閥門的強(qiáng)度和使用壽命。選擇主體材料時(shí)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(xiàn)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(qiáng)度。閥內(nèi)件必須通過正確選材，使其具有足夠的冷沖擊強(qiáng)度，才能防止斷裂。C和Cr的合金鋼在低于－20℃時(shí)候很快失去抗沖擊強(qiáng)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℃）。

超低溫深冷閥門材料設(shè)計(jì)閥體

a.由于低溫截止閥的流道內(nèi)表面會有靜電荷聚集，所以對內(nèi)表面加工要求非常嚴(yán)格，傳統(tǒng)制造工藝在低溫閥門設(shè)計(jì)、加工上沒有充分考慮流量問題所產(chǎn)生的靜電荷聚集。我公司的產(chǎn)品*是根據(jù)日本共榮公司的圖紙加工制造，在制造過程中對流道內(nèi)表面精度、內(nèi)表面光滑要求十分嚴(yán)格，根據(jù)日本共榮公司的圖紙主密封形式為線密封結(jié)構(gòu)，通過核心技術(shù)設(shè)計(jì)、制造工藝可以避免靜電荷聚集，并采用硅溶膠精密鑄造，提高閥體的外觀質(zhì)量。并在精鑄時(shí)增加了鑄造閥體的澆口及補(bǔ)疏，合理分配了閥體的各部位壁厚，國內(nèi)傳統(tǒng)制造工藝的低溫閥門生產(chǎn)廠家的閥門壁厚和重量明顯少于我公司產(chǎn)品；

b.閥門材質(zhì)采用全不銹鋼，降低了傳熱系數(shù)，閥體與閥桿采用法蘭連接，避免不銹鋼絲扣連接螺紋咬死的現(xiàn)象，方便了工程的安裝、預(yù)冷、保溫以及零部件的更換。
密封材料——為了避免閥桿外結(jié)霜過高和凍死的問題，國內(nèi)其他廠家密封產(chǎn)生泄漏的主要原因是選用關(guān)鍵的主密封材料為可溶性聚四氟乙烯，遇低溫受壓后產(chǎn)生塑性變形大而導(dǎo)致泄漏后閥體內(nèi)的低溫液體會漸漸滲入連接管內(nèi)，使閥桿外結(jié)霜高度不斷增高，導(dǎo)致閥門凍死不能正常開啟,而我司產(chǎn)品主要密封材料為聚三氟氯乙烯，此材料從我公司生產(chǎn)閥門以來一直從國外進(jìn)口，聚三氟氯乙烯的主要特性為耐低溫性，即低溫下還可以保持良好的塑性，即使在低溫介質(zhì)中工作還能保持良好的材料塑性，其使用壽命可達(dá)到正常啟閉1萬次。

壓力檢驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)——低溫閥門：出廠前每只閥門必須經(jīng)過壓力檢驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)，低溫閥門的公稱壓力一般從2.0MPa—4.0MPa不等，根據(jù)國標(biāo)試壓的時(shí)候必須高于設(shè)計(jì)壓力的1.5倍。我公司4.0MPa閥門的試壓一般都打到7.5MPa遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)；氣密性試驗(yàn)：使用的介質(zhì)為氦氣，因?yàn)楹獾拇┩噶Ρ绕渌麣怏w強(qiáng)，若經(jīng)氦氣試驗(yàn)合格的閥門使用在液氧、液氮、液氬、LNG介質(zhì)上能達(dá)到更好的使用效果。

清洗——低溫閥門系列產(chǎn)品在進(jìn)行精加工后、零部件和成品出廠前全部采用全自動超聲波清洗，分清洗、漂洗、蒸浴烘干三個(gè)階段，有效的去除了閥門表面沾染的油污等各類污染物，清洗后其潔凈程度可達(dá)到氧氣級管道使用。
閥門的表面處理——閥門的外表面進(jìn)行噴砂處理，所噴介質(zhì)為玻璃砂，可防止閥門外表面結(jié)霜后產(chǎn)生銹斑。
手輪——通過波浪形外觀設(shè)計(jì)并取得，使得手輪整體看上去更美觀，使用時(shí)手感更好。在保證關(guān)閉的基礎(chǔ)上又不至于因關(guān)閉力距過大導(dǎo)致對閥門密封墊片的性能產(chǎn)生損傷。

超低溫深冷閥門材料設(shè)計(jì)除此以外，低溫閥門的材料選用還應(yīng)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(xué)性能，特別是沖擊韌性、相對延伸率及組織穩(wěn)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(shí)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(shí)選用鐵素體鋼；溫度低于-100℃時(shí)選用奧氏體鋼；低壓及小口徑閥門可選用銅和鋁等材料。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)低使用溫度選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?/p>

（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)臒崽幚?，以提高抗拉?qiáng)度和防止螺紋咬傷等。溫度低于-100℃時(shí)，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(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、超低溫深冷閥門材料設(shè)計(jì)低溫閥墊片、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(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，例如，采用長頸閥蓋結(jié)構(gòu)，使填料函離低溫介質(zhì)盡量遠(yuǎn)些，另一方面在選擇填料時(shí)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。

柔性石墨是新近發(fā)展起來的一種優(yōu)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(dá)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。低溫閥門是指能夠在低溫≤－196o 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.低溫閥門是石油化工、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)劣決定著使用企業(yè)能否安全、經(jīng)濟(jì)、持續(xù)地生產(chǎn)。低溫閥門的主要特點(diǎn)是所有零部件的材料必須經(jīng)過深冷處理。