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低温截止阀设计要求
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低温截止阀设计要素
之前介绍蒸汽截止阀热损失，现在介绍 低温截止阀设计要求低温截止阀形状与普通截止阀基本相同，不同之处是阀盖是长颈的，有的还有换热薄片，但两者设计上有区别。
低温阀门，特别是超低温阀门，其工作温度极低。在设计这类阀门时，除了应遵循一般阀门的设计原则外，还有一些特殊要求。
1．低温截止阀设计要求
根据使用条件，低温阀的设计有下列要求：
(1)阀门在低温介质及周围环境温度下应具有长时间工作的能力，一般使用寿命为10年或3000~ 5000次循环。
(2)阀门不应成为低温系统的一个显著热源。这是因为热量的流人除降低热效率外，如流入过多，还会使内部流体急速蒸发，产生异常升压，造成危险。
(3)低温介质不应对手轮操作及填料密封性能产生有害的影响。
(4)直接与低温介质接触的阀门组合件应采用防爆和防火材料。
(5)在低温下工作的阀门组合件无法润滑，所以需要采取结构措施，以防止摩擦件擦伤。
2．低温截止阀材料
(1)低温阀主体材料
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。选择主体材料时首先要选用适合低温下工作的材料。表1一13规定了几类材料的zui低使用温度。
表1-13几类材料的zui低使用温度
铝在低温下不会出现砥温脆性，但因铝及铝合金的硬度不高，铝密封面的耐磨、耐擦伤性能差，所以在低温阀门中的使用有一定的限制，仅在低压和小口径阀中选用。
除此以外，低温阀门的材料选用还应考虑以下一些因素：
①阀门的zui低使用温度；
②金属材料在低温下保持工作条件所需要的力学性能，特别是冲击韧度、相对延伸率及组织稳定性；
③在低温及无油润滑的情况下，具有良好的耐磨性：
④采用焊接连接时还需考虑材料的焊接性能。
2)阀体、阀盖、阀座、阀瓣材料的选用。这些主体零部件材料的选用原则大致是：温度高于- loOoC时选用铁素体钢；温度低于- 100℃时选用奥氏体钢；低压及小口径阀门可选用铜和铝等材料。设计时根据zui低使用温度选择适当的材料。表1—14列出了日本低温阀门中使用的具有代表性的材料；表1—15列出了这些材料的化学成分及力学性能。
表1-14阍体低温材料zui低使用温度
3)阀杆及紧固件的材料选用。温度高于- loOOc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。
温度低于- 100 cC时，采用奥氏体不锈钢或耐酸钢制造。但18—8耐酸钢硬度低，会造成阀杆与填料相互擦伤，致使填料处泄漏。所以，阀杆表面必须镀硬铬（镀层厚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。
低温阀门的阀杆和紧固件常用材料的化学成分和力学性能见表1—16。
(2)低温阀垫片、填料材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，容易引起泄漏。石棉填料无法避免渗透性泄漏。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，一方面有结构设计来保证使填料处于接近环境温度下工作，例如采用长颈阀盖结构，使填料函离低温介质尽量远些，另一方面在选择填料时要考虑填料的低温特性。低温阀中一般采用浸渍聚四氟乙烯的石棉填料。
柔性石10%近1来发展起来的一种优良的密封材料。这种材料对气体、液体均不渗透，在厚度方向有10%—15%的弹性，较低的紧固压力就可达到密封。它还有自润滑性，用做阀门填料可以防止填料与阀杆的磨损。柔性石棉填料使用温度范围为一200~ 870℃．
低温阀门也可采用无填料的波纹管密封结构。但单层波纹管即使采用加强环，其使用寿命仍然很短。这是由于低温阀中阀门快速关闭或液体管道中可能存在气穴等引起水击所致，但使用多层波纹管就可以大大提高阀门的使用寿命。
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。由于垫片材料低温下会硬化和降低塑性，所以应选择性能变化小的垫片材料。
适用温度为一200℃，zui高使用压力为3MPa时．采用长纤维白石棉的石棉橡胶板。
适用温度为一200℃，zui高使用压力为5MPa时，采用耐酸钢带夹石棉缠制而成的缠绕式垫片'或聚四200烯和耐酸钢带绕制而成的缠绕式垫片。柔性石棉与耐酸钢带绕制而成的缠绕式垫片用于一200℃的低温阀门上比较理想。表l一17中的应用实例，可供设计参考。
表1.17美国、日本几家公司垫片、填料的选用情况
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀聚四氟乙烯石棉编织材料或柔性石墨填料石棉缠绕式垫片或柔性石墨缠绕式垫片
3．低温截止阀的特殊结构
低温截止阀的主要结构与一般阀门大致相同，但有其特殊之处。
(1)阀体阀体应麓充分承受温度变化而引起的膨胀、收缩，而且阀座部位的结构不会因温度变化而产生*变形。
(2)阀盖采用长颈阀盖结构，如图1—25所示。其目的在于保护填料函。填料函的密封性是低温阀的关键因素之一。该处如有泄漏，将降低保冷效果，导致液化气体气化。这是因为在低温状态下随着温度的降低，填料弹性逐渐消失，防漏性能随之下降，由于介质渗漏造成填料与阀杆处结冰，影响阀杆正常操作，同时也会因阀杆上下移动而将填料划伤，引起严重泄漏。所以低温阀门必须采用长颈阀盖结构形式。此外，长颈结构还便于缠绕保冷材料。
长颈阀盖的颈长（见图l-26）由材料的导热系数、导热面积及表面传热系数等因素来决定，同时也要满足保冷层厚度的需要。颈长可用试验方法求得，表1-18是考虑到标准低温阀门使用温度和保冷材料的厚度而设计的长颈阀盖的颈部长度。
(3)密封。
(4)阀瓣截止阀的密封面采用锥形的结构形式，不论温度如何变化，均能保持可靠的阀杆阀杆需镀铬、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（盖）相互咬死，损坏密封填料，造成填料函泄漏。
(5)垫片垫片选用要考虑垫片材料的低温性能，如压缩回弹性、预紧力、紧固压力毋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较远的位置，在O℃以上的温度环境下工作。这样，提高了填料函的密封效果。在泄漏时，或当低温流体直接接触填料造成密封效果下降时，可以从填料函中间加入润滑脂形成淮封层，降低填料函的压差，作为辅助密封措施。填料函多采用带有中间金属隔离环的二段填料结构，也有的采用一般阀门填料函结构和阀杆能自紧的二重填料函结构等其他形式。
(7)上密封低温阀都设上密封座结构，上密封面要堆焊钴铬钨硬质合金，精加工后研磨。
(8)阀座、阀瓣、密封面低温阀的关闭件采用钴铬钨硬质合金堆焊结构。软密封结构由于聚四氟乙O膨胀系数大，低温变脆，所以仅适用于温度高于一700C的低温阀，但聚三氟乙烯可用于- 162C的低温阀。
(9)中法兰螺栓
1)螺栓应有足够的强度，这是因为螺栓在反复载荷下工作，常会因疲劳而发生断裂。
2)因螺栓在螺纹根部易引起应力集中，所以采用全螺纹结构的螺栓。
3)拧紧螺栓的预紧力犬小不均匀时，易产生疲劳破坏，所以用力矩扳手来拧紧螺栓。
(10)保冷又称隔温板，如图1-25所示，是一块焊在填料函下部长颈部分的圆形板。其主要作一是支持保温材料，二是提高保温效果。
(11)预防异常升压的措施阀门关闭后，阀腔内会残留一些液体。这些残留在阀腔里的液体会吸收大气中的热量，回升到常温并重新气化。气化后，其体积激剧膨胀，约增加600倍之多，因而产生*的压力，并作用于阀体内部。这种情况称为异常升压，这是低温阀门*的现象。例如，液化天然气在一1620C时压力为0.2~0.4MPa，当温度回升到20℃时，压力增加到29. 3MPa。发生异常升压现象时，会使阀板紧压在阀座上，导致阀板不能开启。这时，高压会将中法兰垫片冲出或冲坏填料，也可能引起阀体、阀盖变形，使阀座密封性显著下降，甚至阀破裂，造成严重事故。
为防止异常升压现象发生，一般低温阀门在结构上设置泄压孔（又称压力平衡孔或排气孔），作为阀体内腔和进口侧的压力平衡孔。当阀腔压力升高时，气体可以通过小孔排出。这种方法比较简单，目前已被广泛采用。
采用泄压孔防止异常升压，在阀体设计时，应有指示流体流向的箭头；安装时，要注意泄压孔的位量，保证泄压孔通向介质入口的一侧。
泄压孔开设的位置视阀门结构而定，有的在阀体上，这针对特殊截止阀而言。常见的截止阀中腔都与人口端相通，就不需要设计泄压孔。与本文相关的产品有美标钛截止阀
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