低温阀演示文稿

1、1 低温阀是一种在低温介质中工作的阀门。随着现代科技的发展，低温工程制品的生产规模不断扩大，液氧、液氮以及液化石油气等得到广泛的应用。尤其是液化天然气越来越受到世界各国的重视。液化氨的温度-269，液氢的温度-254 ，液化氦的温度-196 ，液氧的温度-183 ，液化天然气的温度-162 ，以上物质的液化分馏，运输和储存都需要使用大量的低温阀门。低温阀门的用途越来越广，需求越来越大，对低温阀的技术性能和工作特性的要求也在不断提高。我国低温阀的研究起步较晚，品种规格少。过去，国内引进装置上的低温阀主要依赖进口，为了改变这种状况，我公司在国内进行开发并试制，经用户使用反映良好，完全能替代进口。经

2、过我公司多年制造，已积累了丰富的经验，从设计、工艺到制造日趋成熟，并已开发形成了低温阀门的系列产品。前言2一、低温阀设计低温阀的温度等级低温阀的材料选用 国外根据各种不同气体在常压下的液化温度一般分为六种温度级。 一级为 0-46 二级为-47-60 三级为-61-70 四级为-70-101 五级为-102-196 六级为-253 以下。 一般将-46-150 称为低温，-150 以下称为超低温。材料最低使用温度/WCB-29LCB-46LC1(0.5Mo)-60LC2(2.5Ni)-70LC3(3.5Ni)-101CF8(F304)-196CF8M(F316)-25431. 低温阀门的一般设

3、计要求 低温阀门工作条件苛刻，其工作介质大部分为易燃、易爆、渗透性强的物质，最低工作温度可达-269，最高使用压力达10MPa。因此，低温阀门的设计、制造、检验与通用阀门相比有很大的区别。一般，根据低温阀门的使用工况，对设计工作提出以下几点要求： 1)阀门及其组合件在低温介质及周围环境温度下应具有长时间工作的能力（一般为10年或是35005000次循环）；2)阀门相对于低温介质，不应成为一个显著热源，这是因为热量的流入会降低热效率，而且热量流入过多，还可能使 阀门内部的低温介质汽化，产生异常升压，造成危险；3)低温介质不应对手轮的操作性能和填料的密封性能产生有 害影响；4)直接和低温介质接触的

4、阀门组合件的结构应当符合相关的 防爆和防火要求；5)在低温状态下工作的阀门组合件不能润滑，所以需要采取 措施，防止摩擦部件被擦伤。 上述要求应当贯穿低温阀门设计过程的始终，另外应当注意到上述要求是对低温阀门特有的要求，在低温阀门的设计过程中还应当同时遵守相关的通用阀门的要求。 2 .低温阀门技术水平的评价指标 在低温阀门设计过程中，除了需要考虑低温阀门的流通能力和流道阻力等一般性要求外，还需要考虑一些其他指标，以便更好地对低温阀门的技术水平进行评价。通常通过衡量能量消耗是否合理来对低温阀门的技术水平进行评价，其主要评价指标有以下几项。 42.1 低温阀门的绝热性能 可以利用阀门进入低温介质的热

5、流流量Q1与所通过的低温介质的质量比来衡量低温阀门的绝热能力。但在介质种类不变，仅流速发生变化时，其值就会变化，因此用这种方法作为评价低温阀门绝热能力的指标显然是不合适的。可以采用指标KT作统一比较。 式中P-单位时间内进入低温介质的热量， W，P=Q1/T；T-比例系数，考虑到低温阀门一般在液氮中进行 试验，故取T=0.0216； T-周围环境温度（20）与低温介质温度之间 的差值，； DN-阀门的公称通径，m。 KT值对于同一种介质近似常数，只和阀门本身性质 有关。 2.2 低温阀门的冷却性能 低温阀门的冷却性能是指低温阀门从常温冷却到工作 温度的能力。这一性能可以利用阀门在上述过程中所

6、消耗的能量，即在上述过程中阀门传给低温介质的热 量Q2来衡量。对于周期性工作的低温阀门来说冷却性 能指标有着极其重要的意义。但仅仅用Q2来衡量低温 阀门冷却性能是不够的，可采用如下指标： 52.3低温阀门启闭密封件的工作性能 在低温条件下，密封件的性能往往遭到破坏，为了实现可 靠密封，必须采用合理的密封结构或者加大密封比压。因 此，需要对密封效果进行评价。 可以采用与泄漏量有关的参数来衡量低温阀门的密封能力， 即： 式中V-在工作寿命期限内气体的平均渗漏量，m3/s， 2.4 低温阀门表面不结冰的条件 低温阀门工作时，其表面不应结露，更不应结冰。阀门外 表面是否结冰首先取决于周围空气温度和零部

7、件表面温度 之间的差值T1，其次取决于空气的露点温度。事实上， 在全天候条件下，彻底消除结露是很困难的。但是如果 T1满足一定条件，结冰的可能性就会大大降低，则阀门 表面不结冰的条件为T15。 表1为低温阀门的一些技术水平指标。可以看出随着公称 直径的增大，阀门的性能有所改善。所以对Kr，Km指标 的要求应当根据公称通径的不同而有所变化。Km的值还 取决于阀门的类型、阀门壳体的材料及其组件的结构完善 程度等要素。一般来说，蝶阀的Km指标最佳，但是蝶阀 的低温密封性能不是很好，因此只用来调节介质流量；截 止阀和闸阀的性能次之，且低温密封性能较好，在工业现 场常用来切断介质。 6表1 气动式真空绝

8、热低温阀门技术水平指标 7阀体、阀盖、阀座 阀瓣(闸板)材料的选用 这些主体零件材料的选用原则大致是：温度高于-100 时选用铁素体钢；温度低于-100时选用奥氏体不锈钢；设计时根据最低使用温度选择适当的材料。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。 温度低于-100时，采用奥氏体不锈耐酸钢制造。但18-8耐酸钢硬度低，会造成阀杆与填料相互摩擦，致使填料处泄露。所以，阀杆表面必须镀铬，或进行氮化和镀镍磷处理，以提高表面硬度。还可以采用热喷涂工艺，表面喷涂钼、STL等耐磨、耐腐蚀合金。 为防止螺母与螺

9、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泄漏。橡胶对天然气有泡胀性，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，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。低温阀门一般采用浸渍四氟乙烯的石棉填料。 柔性石墨是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，较低的紧固件压力就可以达到密封。他有自润滑性，用作阀门填料可以防止填料与阀门的磨

10、损。柔性石墨填料的使用温度范围为-200870。 8二、低温阀的特殊结构1、阀体2、阀盖 低温阀门主要有闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、止回阀等型式。其主要结构与一般阀门大致相同。 阀体应能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永久变形。 采用长颈阀盖结构,如图1所示9 其目的在于能起保护填料函的功能。因为填料函的密封性是低温阀的关键之一。该处如有泄漏，将降低保冷效果，导致液化气气化。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，防泄漏性能随之下降，由于介质渗透造成填料与阀门处结冰，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

11、温阀门必须采用长颈阀盖结构型式。此外，长颈结构还便于缠绕保冷材料，防止冷能损失。 长颈阀盖的颈长(见图1)是按照材料的导热系数、导热面积及表面散热系数等因素来决定的。同时满足保冷厚度的需要。颈长可用试验方法求得，表1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。温度-60-100-100公称通径颈部长度L/mmmmin159011013020100110140251100120150401 110130160502110130170803120150190100413016020015061401702202008140170220250101501802403001

12、21501802403501416019025040016160190250450181601902505002017020026060024170200260103、阀瓣(闸板)5、上密封座 闸阀采用挠性闸板或开式闸板；截止阀的平阀座及针形阀，采用塞子形的阀瓣。这些结构型式不论温度如何变化，均能保持可靠的密封。 低温阀门都设有上密封座结构，上密封面堆焊钴铬钨硬质合金，精加工后研磨。4、阀座、阀瓣(闸板)密封面 低温阀门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烯膨胀系数大，低温变脆，所以仅适用于温度高于-70的低温阀。6、阀杆 阀杆需镀铬、镀镍磷或氮化处理，以提高阀杆表面硬度

13、，防止阀杆与填料、填料压套(压盖)咬死，损坏密封填料，造成填料函泄漏。117、垫片 垫片选用要考虑垫片材料的低温性能，如压缩回弹、预紧力、紧固压力分布以及应力松弛特性等。8、填料函及填料 填料函不能与低温直接接触，而设计在长颈阀盖顶端，使填料函处于离低温较远的位置，在0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，可以从效果下降时，可以从填料函中间加入润滑脂形成油封层，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环的二段填料结构。但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型式。9、保冷 又称隔温

14、板，是一块焊在填料函下部长颈部分的圆形板。其主要作用：一是支持保温材料；二是提高保温效果。12 阀门关闭后，阀腔内会残留一些液体。随着时间的增加，这些残留在阀腔里的液体会渐渐吸收大气中的热量，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。这种情况称为异常升压，这是低温阀门特有的现象。例如：液化天然气在-162时压力为0.20.4MPa，当温度回升到20时，压力增加到29.3MPa。发生异常升压现象时，会使闸板紧压在阀座上，导致闸板不能开启。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，使阀座密封性能显著下降；甚至阀盖

15、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采用以下措施：a.设置泄压孔，又称压力平衡孔或排气孔，即在弹性闸板或双闸板进口侧钻一小孔，作为阀门内腔和进口侧的压力平衡孔。如图1-2所示。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，要注意泄压孔的位置，保证泄压孔通向介质进口的一侧，泄压孔开设在闸板上时，要注意。 泄压孔开设的位置视阀门的结构而定，有的在阀体上，如图1-a所示；有的在闸板上，如图1-b、c所示。b.在阀门上设置引出管或安装安全阀以排出异常高压。一般是在阀盖上装一

16、只安全阀。当压力升高到某一定值时，安全阀开启，排放出异常高压，保证阀门安全。也可在阀体下部安装排气阀，将阀体中腔内的残液排尽，以预防异常升压的发生。预防异常升压的措施：13泄压孔示意图14 随着温度的降低，大多数材料不论是金属的还是非金属的都会产生一些对于通用阀门来说不理想的性质，如：延伸率和冲击韧性会降低；材料会变脆，导致阀门脆裂而发生危险，甚至带来严重的后果。 因此，低温阀门的合理选材是非常重要的。有些材料还必须进行特殊处理，才能满足低温阀门的使用要求。在低温阀门的制造过程中，阀门零件除了要符合图纸设计的技术要求加工制造外，还需符合标准规范所要求的对零件进行固溶、低温和深冷处理。三、低温阀

17、门的制造15工艺处理固溶处理 固溶处理是奥氏体不锈钢的基本处理方法，是防止晶间腐蚀的重要手段。而作为超低温阀门使用的奥氏体不锈钢，固溶处理的目的是为了是碳化物充分溶解，提高其抗脆性能力，从而可以在更低的温度下安全使用。对于含Ti、Nb的稳定化奥氏体不锈钢，固溶处理主要是为得到较均匀的成分和组织，保证其良好的韧性和塑性。对于铸件，固溶处理可使其在凝固过程中所产生的偏析得以改善，使组织接近均匀。 此外，奥氏体不锈钢在焊接时，其热影响区由于碳化物析出铁素体生成，会明显降低材料的低温韧性。因此，焊后亦进行固溶处理，以恢复其低温韧性。深冷处理 大部分Cr-Ni奥氏体不锈钢在常温下处于亚稳定状态，而在超低

18、温范围内会因晶格畸变而发生马氏体转变。马氏体开始转变的温度即为马氏体转变点(亦称相变点)，用符号Ms来表示。Ms点的温度主要取决于固溶在奥氏体内合金元素的量。 当奥氏体不锈钢的工作温度等于或低于其马氏体转变点Ms时，就会发生马氏体转变。因马氏体的比容比奥氏体的大，由此而引起体积膨胀和组织应力会使零件尺寸发生变化，最终导致阀门泄漏。为防止材料在使用过程中发生马氏体转变，需对其进行深冷处理。 深冷处理是将奥氏体不锈钢材料浸在冷却剂中进行冷却、保冷，使之发生马氏体转变的一种工艺方法。深冷处理可使材料预先进行马氏体转变，以保证在使用中的组织稳定性。深冷处理一般在零件的精加工之前进行。深冷处理的温度应以

19、材料Ms点为依据。材料的不同，Ms点各异。即使是同一牌号的材料，由于批次(或炉号)的不同，其Ms点也各不相同，而且差别很大。有的在超低温范围的上限附近即可产生马氏体转变。 马氏体的转变量随温度的下降而增加，为确保工件在使用过程中的组织稳定性，深冷处理所用介质的温度需等于或低于阀门工作温度。深冷处理的冷却介质多采用液氨或液氦等溶液。可根据阀门使用温度来确定。浸在深冷介质中的零件达到介质温度(介质表面所冒气泡完全消失)时，即可计算保冷时间。根据实践经验，保冷12小时即能达到处理目的。时间过长，对马氏体的转变无明显影响。保冷结束即可将零件取出在空气中放冷至常温。 经过一次深冷处理后，奥氏体不锈钢的马

20、氏体转变基本完成，一般情况下可以满足使用要求。对于密封性要求较严或靠介质压力密封的超低温止回阀，可增加深冷处理的次数。 16 为了保证低温阀门在低温下安全可靠地运行，前面叙述过在低温阀门的设计和制造方面有一些特殊的考虑和要求。同样，低温阀门试验和普通阀门也有所不同。 我国国家标准GB/T24925低温阀门 技术条件和英国标准BS6364低温阀门规定的试验项目包括：a.壳体强度试验；b.壳体密封试验；c.阀座密封试验；d.低温试验。壳体强度试验 该项试验的试验方法与要求与普通阀门相同，需要注意的是：a.对于不锈钢阀门，水压试验所用水的氯化物含量不应超过30.p.p.m。B水压试验后，阀门的每个零

21、件应彻底洗净并清除油渍。壳体密封试验 水压或气压强度试验后，在阀体和阀盖连接处，阀门的填料出擦上肥皂或浸入水中，用干燥的无油空气或氮气进行壳体的密封试验。其余与普通阀门相同。阀座密封试验 用干燥的无油空气或惰性气体进行试验。其余与普通阀门相同。低温试验 所有的低温阀门只是在用户提出要求的时候才进行低温试验，低温试验的温度规定为-196。试验装置见图2。四、低温阀门的试验17181 试验前的准备1.1 清除阀门零件的油渍，将它们擦干净并在干净、没有灰尘和油 渍的环境下将阀门装配好。1.2 将螺栓拧紧到预定的力矩值和拉力值，并记录下该值。1.3 用合适的热电偶与阀门连接，从而能在整个试验过程中监控

22、阀 门的温度。2 试验2.1 将阀门安装在试验容器内并连接好，要确保阀门填料处在容器 顶部没有汽化气体的位置。2.2 在室温下用规定介质气体以最大阀座试验压力进行初始的系统 验证试验，以确保阀门是在合适的状态下，然后开始进行试验。 2.3 将阀门浸入液氮中进行冷却，液体的水平面至少淹住阀体与 阀盖的连接部位，在整个冷却过程中一直向阀门提供氦气。在 冷却过程中，用安装在适当位置上的热电偶对阀门的温度进行 监控。2.4 试验 2.4.1 阀门在试验温度下达到稳定。用热电偶测定温度以确信阀门 的温度达到均匀。2.4.2 在试验温度下用氦气以最大阀座试验压力进行初始的验证试 验。2.4.3 在阀门的进

23、口侧进行阀座压力试验，能够双向密封的阀门， 对两个阀座分别进行试验。以下表所给的增量值逐步升压， 直到升至额定的阀座试验压力。四、低温阀门试验方法19 低温试验的压力增量(MPa(bar)所给的增量值逐步升压，直到升至额定的阀座试验压力。 在阀座额定值已由制造厂给定的情况下，则将制造厂所定的值作为额定的阀座试验压力。在各压力级下测定并记录泄漏率。2.4.4 使阀门处在开启位置，关闭阀门出口侧的针形阀，将阀腔中 的压力升至阀座试验压力。将该压力保持规定要求，检查阀门 填料处及阀体与阀盖连接处是否泄漏，应无泄漏。2.5 使阀门恢复到室温，然后进行以下步骤：2.5.1 重复进行2.2所述的验证试验，

24、测定并记录阀门的泄漏。2.5.2 测定并记录阀门的开启力矩和关闭力矩。2.6 试验完成后，将阀门清洁、吹干检查合格后出厂。 注：阀门在作低温试验前要与其它普通阀门一样做壳体试验（水 压或气压试验）、壳体密封试验（用干燥无油空气或氮气）、 阀座密封性试验（用干燥无油空气或惰性气体），然后再进 行低温试验。公称压力PN增量2.0(20)0.35(3.5)5.0(50)0.75(7.5)6.4(64)1.0(10)10.0(100)2.0(20)2021222324251.概述1.1 LNG 天然气其主要成份是甲烷，天然气在常压-162低温下由气体变为液态天然气，我们称为液化天然气，英文名简称LNG

25、。LNG其显著特点是1m3的LNG体积是同等标准状态下气体天然气的625倍。人们利用LNG特点，使LNG的贮存，运输更加方便，并且在贮存和运输中会节约大量成本。LNG低温阀门的种类 天然气液化，LNG的贮存，运输设备配套，其必不可少的是LNG低温阀门。这类阀门包括：切断或接通介质流的LNG低温截止阀。防止介质倒流的LNG低温止回阀。调节贮槽内压力的LNG低温调压阀（减压阀）。用于超压安全保护的LNG低温安全阀。用于发生灾情，阻止灾情进一步扩大化的LNG低温气动紧急切断阀等共五大类LNG低温阀门。LNG(液化天然气)低温阀门知识262 LNG着火和爆炸的危险性 LNG是无色，无味的液体，由于它的

26、低沸点（-162），当观察时，LNG常常有强烈的沸腾，当暴露到大气时，由于水蒸气的冷凝，它将产生大量的蒸气云，当蒸发时它将在一个相当狭窄的混合范围内和空气形成可燃混合物（5.314LNG）在某些氧化剂存在时它是活性的物质。LNG在水中不溶解，它在许多有机化合物中以及氢和氧中是溶解的，因此，无论何时LNG蒸气逸出到大气就将存在着火的危险。在封闭的空间内，LNG蒸气也有爆炸的危险性，当LNG在环境温度下发生泄漏时，迅速的蒸发将产生大量甲烷气体，泄漏之后的瞬间可燃混合物扩散到一个可观的顺风距离，在封闭的场地内当天然气达到23的最低爆炸极限时，规定所有工作人员必须撤离现场。LNG着火的燃烧率和辐射量与

27、同样燃烧面积的汽油着火是大致相等的。所以在美国标准中LNG是以汽油级防火防爆物质处理，并加上LNG低温介质在泄漏时将会产生大量的蒸气云，使LNG就更加危险。3 LNG低温阀门与LO2、LN2、LAr低温阀门的区别 由于LNG的易着火性和易爆炸性，世界各国对LNG的贮存，运输的安全性都给予高度重视，同LO2、LN2、LAr贮存，运输的区别是指美国NFPA（防火协会）标准规定LNGLNG(液化天然气)低温阀门知识27 贮存和运输设备主要液体进口，出口管道后必须设置低温气动紧急切断阀，放空必须集中放空，并在气相放空口设置阻火器，管口位置高出贮槽顶部之上。对阀门而言，在选材上，按美国材料试验协会推荐，

28、见下表，针对金属材料。LNG(液化天然气)低温阀门知识甲烷(LNG)液氮(LN2)液氧(LO2)各种铝合金奥氏体镍合金不锈钢铝及铝合金9%镍合金(ASTM-A353)18-8型不锈钢不锈钢304、316、304L、310、312、304ELC304型不锈钢(ASTM-A240)铜、黄铜、青铜9%镍合金以及其它的经液体甲烷证明满意的材料镍钢(9%)硅黄铜铜及铜合金蒙耐尔合金、铝、钛镍及镍合金28 从以上表格中可以看出对LNG介质设备中用铜及铜合金未推荐。美国防火协会96年标准NFPA57对汽车用LNG供气系统中2-2.4中“所有材料的选用或安装应尽可能避免受到腐蚀侵害，对于那些需防止因受外部环境影响，而导致金相退化加速的合金材料，应禁止选用铜锌合金或铜锡合金”。“22.5所有钎焊填料的熔点超过1000F（538）”，但在LO2、LN2、LAr低温阀门中大量使用铜及铜合金，而目前在LNG低温阀均用304不锈钢。 在结构上LNG低温阀门也是随着LNG逐步推广运用而不断改进。其改进的目的就是围绕更安全、更可靠不断进步发展到今天，以LNG低温截止阀为例。 在LNG系统设备中阀门虽然是配套，但它的作用却不容忽视。因为阀门对LNG设备的正常，安全可靠的运行具有极为重要的作用，阀门在LNG设备中占总投资百分之510左右，而在日常维修中却要占总维修费5080以上，