關於低溫球閥的設計及安裝原理的那些事

低溫球（qiú）閥係列主（zhǔ）要適用於乙烯、液化天然氣等化工裝置上，輸出的液態（tài）低溫介質如乙烯、液氧、液氫等。這類介質不但易燃易爆，而且在升溫時要氣化，氣化時，體積膨脹數百倍。而且這些介質滲透力強，易泄漏，加工製造比較困難。

在目前的大中型乙烯（xī）裝置中，裂解氣中氫氣（qì）、甲烷等組分的（de）分離多（duō）采用深冷分離；在煤製甲醇淨化裝（zhuāng）置中也（yě）主要用到深冷分離技（jì）術。為滿足（zú）這（zhè）一（yī）要求，低溫閥（fá）門被廣泛應用，隻有了解低溫（wēn）閥的（de）設計要（yào）求和特殊結構，在選用和安裝（zhuāng）的過程中才不會出現問題。

低溫閥門（mén），特別是（shì）超低溫閥門，其工作溫度極低。在設計這類閥門時，除了應遵循一般閥門的設（shè）計原則外，還有一些特殊的要求。

一、低溫閥門（mén）的設計要求

根據使用條件，低溫閥的設計有下列要求：

閥門不應成為低溫係統的一個顯著熱（rè）源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如流入過多，還會使內部流體急（jí）速蒸（zhēng）發，產生異常升壓，造成危（wēi）險。
低溫介質不應對手輪操（cāo）作及填料密封性能產生有害的影響（xiǎng）。
直接與低溫介質接觸的閥門組合件應（yīng）具有防爆（bào）和防火結構。
在低溫下工作的閥門組合件無法潤滑，所以需要（yào）采取結構措施，以防（fáng）止摩擦件擦傷。

2 低溫閥（fá）的材料選用

2.1 低溫閥主（zhǔ）體材料

2.1.1 主體（tǐ）材料選用應考慮的因素

金屬材料中除了具（jù）有麵心（xīn）立方晶格的奧氏體鋼、銅、鋁等以外，一般的鋼材在低溫狀態下會出（chū）現低溫脆性，從而降低閥門的強度和使用壽（shòu）命。選擇主體材料時首先要選用（yòng）適合（hé）於低溫下工（gōng）作的材料（liào）。
鋁在低溫下不會出現低溫脆性，但（dàn）因鋁及鋁合金的硬度不高，鋁（lǚ）密封（fēng）麵的耐磨（mó）、耐擦傷性能差，所以（yǐ）在低溫閥門中的使用有一定（dìng）的限製，僅在低壓和小口徑（jìng）閥中（zhōng）選用。除此以（yǐ）外，低溫（wēn）閥門的材料選用還應考（kǎo）慮以下一些因素：

閥門（mén）的zui低（dī）使用溫度；
金屬（shǔ）材料在低溫下保持工作條件所需要的力學性（xìng）能（néng），特別是衝擊韌性、相對延伸率及組織穩定性；
在低溫及無油潤滑的情況下，具有良好的耐磨性；
具有良好的耐蝕性；
采用焊（hàn）接連接時還需考慮材料的焊接性能。

2.1.2 閥體、閥蓋、閥座、閥瓣（閘板）材料的選用

這些（xiē）主體零部件材料的選用原（yuán）則大致是：溫度高於-100℃時選用鐵素體鋼；溫度低於-100℃時選用奧氏體鋼；低壓及小口徑閥門可選用（yòng）銅和鋁等材料。設計時根據zui低使用溫度選擇（zé）適當的材料。

2.1.3 閥杆及緊（jǐn）固件的材料選用

溫度（dù）高於-100℃時，閥杆和（hé）螺栓材料采用Ni、，Cr-Mo等（děng）合金（jīn）鋼，經適當的熱處理，以提高（gāo）抗拉（lā）強度和防止螺紋咬傷等。溫度低於-100℃時（shí），采用奧氏體不鏽耐酸鋼製造。但（dàn）18-8耐酸鋼硬度低，會造成閥杆與填料相互擦傷，致使填料處泄漏。所以，閥杆表麵必須鍍硬鉻（鍍層厚0.04-0.06mm），或進行氮化和鍍鎳磷處理，以提高（gāo）表麵硬度。

為防止（zhǐ）螺母與螺栓咬死，螺母（mǔ）一般采用Mo鋼或Ni鋼，同時在螺（luó）紋表麵塗二硫化鉬。

2.2 低溫閥墊片、填料材料（liào）的（de）選用

在低溫（wēn）閥門設計中，一方麵由結構設計來保證使填料處於接近環境溫（wēn）度下工作，例如，采用長頸閥蓋結構，使填料函離低（dī）溫介質盡量（liàng）遠些（xiē），另一方麵在選（xuǎn）擇填料時要考慮填料的低溫特性。低溫閥中一般（bān）采（cǎi）用浸漬聚四氟乙烯的石棉填料。柔性石墨是新近發展起（qǐ）來的一種優良（liáng）的密封（fēng）材料。低（dī）溫（wēn）閥門也可采用無填料的波紋（wén）管密封結構，通常情況下使用多層波紋（wén）管（guǎn）。低溫閥門用墊片（piàn）必須在常溫、低溫及溫度變（biàn）化下具（jù）有可靠的密封性和複原性（xìng）。由（yóu）於墊片材料在低溫下會硬（yìng）化和降低塑性，所（suǒ）以應選（xuǎn）擇性能變化小的墊片材料。使用溫度為-200℃，低溫（wēn）zui高使用壓力3MPa時，采用長（zhǎng）纖維（wéi）白石棉的石棉橡膠板。使（shǐ）用溫度為-200℃，zui高使用壓（yā）力5MPa時，采用耐（nài）酸鋼帶夾石棉纏製而成的纏繞式墊片（piàn），或聚四氟乙烯和耐酸鋼帶繞製而成的纏繞式墊片。柔（róu）性石墨與耐酸鋼繞（rào）製而成的纏繞式（shì）墊（diàn）片用於-200℃的低溫閥門上（shàng）比較理想（xiǎng）。

3、低溫（wēn）閥門的特殊結構

低溫閥門主要有閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、止回閥等型式，其主要結構與一般閥門大致相同。

3.1 閥體
閥（fá）體（tǐ）應能充分承受溫度變化而引起（qǐ）的膨脹、收縮。而且（qiě）閥座部位的結構不會因溫度變化而（ér）產（chǎn）生*變形。

3.2 閥蓋
采用長頸（jǐng）閥蓋結構。其目（mù）的在於能起保護填料函的功能。因為填料函的密（mì）封性是低溫（wēn）閥的關鍵之一。該處如有泄漏。將降低保冷效果，導致液化氣體氣化。這是因為在低溫狀態下隨著溫度的（de）降低，填料彈（dàn）性逐漸消（xiāo）失，防漏性能隨之下降（jiàng），由於介（jiè）質滲漏造成填料（liào）與閥杆處結冰，影響閥杆正（zhèng）常（cháng）操作，同時也會因閥杆上下移（yí）動而將填料（liào）劃傷，引起嚴重泄漏。所以低溫閥門必須采用長頸閥蓋結構形式。此外，長頸（jǐng）結構還便於纏繞保冷材料（liào），防（fáng）止冷（lěng）能損失。

3.3 閥瓣
閘閥采用撓性閘板或開（kāi）式（shì）閘板；截止閥的平閥座及針（zhēn）形閥，采用塞子形的閥瓣。這些結構形式不（bú）論（lùn）溫（wēn）度（dù）如何變化，均能保持可靠的（de）密封。

3.4 閥杆

閥杆需鍍鉻、鍍鎳磷或經（jīng）氮化處理，以提高閥杆表麵硬度，防止閥杆與填料、填料壓套（壓蓋）相互咬死，損壞密封填料，造（zào）成填料函泄漏。

3.5 墊片

墊片選用要考慮墊片材（cái）料的低溫性能，如壓（yā）縮回彈性、預緊（jǐn）力、緊固壓力分布以及應力鬆弛特（tè）性等。

3.6 填料函及填料

填料函不能（néng）與低溫段直接接觸，而設在長頸（jǐng）閥蓋頂端，使填料函處於離低溫較（jiào）遠的（de）位置（zhì），在0℃以上的溫度環境下工作。這樣，提高了填料函（hán）的密（mì）封效果。在泄漏時，或當低溫流體直接接觸填料造成密封效果下降時，可以（yǐ）從填料函中間加入潤滑脂形成油封層，降低填料函（hán）的壓差，作為輔（fǔ）助密封措施。填料函（hán）多采用帶有中間金屬隔離環的（de）二段填料結構。但也有的采用一般閥門填料函結構和閥杆能自緊的二重填料函結構等其他型式。

3.7 上密封

低溫閥都設上密（mì）封座結（jié）構，上密封麵要堆焊鈷鉻鎢硬質（zhì）合金，精加工後研磨。

3.8 閥座、閥瓣（閘板）密封麵

低溫閥的關（guān）閉件采用鈷鉻鎢硬質合金堆（duī）焊結構（gòu）。軟密封結構由於聚四氟乙烯膨脹係數大，低溫變（biàn）脆，所以僅適用於溫度（dù）高於-70℃的低溫閥，但聚三氟乙烯可用於-162℃的低（dī）溫（wēn）閥。

3.9 中法蘭螺栓

3.9.1 螺栓應有（yǒu）足夠的強度，這是因為螺栓（shuān）在反複載荷下工作，常會因（yīn）疲勞而產生斷裂。
3.9.2 因螺栓在（zài）螺紋根部易引起應力集中，所以采用全螺紋結（jié）構的螺栓。
3.10 預防異常升壓的措施（shī）

閥門關閉後，閥腔內會殘留一些液體。隨著時間的增加，這些殘留在閥腔裏的液體會漸漸吸收大氣中的熱量，回升到常溫並重新氣化。氣化後，其體積激劇膨脹，約增加600倍之多，因而產生*的壓力，並作用於閥體內部。這（zhè）種情況稱為異常升壓，這是低溫（wēn）閥門特（tè）有的現象。發生異常升壓現象時，會使閘板緊（jǐn）壓在閥座（zuò）上，導致閘板不能開啟。這時，高壓（yā）會（huì）將中法蘭墊片衝出或衝壞填料；也可能引起閥體、閥蓋變形，使閥（fá）座密封性顯著下降；甚至閥蓋破裂，造成嚴重事故。為防止異常升壓現象發生，一般低溫閥門在結構上采用以（yǐ）下（xià）措（cuò）施：

3.10.1 設置泄壓孔，又稱壓力平衡（héng）孔或排氣孔（kǒng），即在彈（dàn）性閘板或雙閘（zhá）板進口側（cè）鑽一小孔，作（zuò）為閥體內腔和進口側的壓力平（píng）衡孔。當閥腔壓力升（shēng）高時，氣體可以通過小孔排出。這種（zhǒng）方法比較簡單，目前已被廣泛采用。采用泄壓孔（kǒng）防止異常（cháng）升壓，在閥體設計時，應有指（zhǐ）示（shì）流體（tǐ）流向的箭頭（tóu）；安裝時，要（yào）注意泄壓孔的位置，保（bǎo）證泄壓孔通向介質進口的一側，泄壓孔（kǒng）開設在（zài）閘板（bǎn）上時，更要注意。泄壓孔開設的位置視閥門結構而定，有的在閥體上（shàng）；有的在閘板上。

3.10.2 在閥門上設置引出管或安（ān）裝安全閥以排出（chū）異常高壓。一般是（shì）在閥蓋上裝一（yī）隻安全閥。當壓力升高到某一定值時，安全閥開啟，排放出異（yì）常高壓，保證閥體安全。也可在閥體下部安裝排氣閥，將閥體中腔內的殘液排盡，以預防異常升（shēng）壓的發生。