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四川省简阳市川力机械制造有限责任公司

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低温阀门的设计与试验
发布时间:2015-05-16        浏览次数:192        返回列表
 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。表1规定了几类材料的最低使用温度。
表1    
材料
最低使用温度
铸铁
-32℃
铸钢(LCB)
-46℃
青铜(B.61,B.62)镍合金蒙乃尔
-212℃
不锈钢(303、304、316)
-252.8℃
铝在低温下不会出现低温脆性,但铝及铝合金的硬度不高,铝密封面的耐磨、耐擦伤性能差,所以仅在低压和小口径的低温阀门中使用。
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。低温阀中一般采用聚四氟乙烯填料。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。
深冷处理

                                                                                          低温阀门深冷处理

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。