化工裝置中低溫閥門的應用

李俊青

哈電集團哈爾濱電站閥門有限公司 黑龍江哈爾濱 150000

1 低溫閥門的結構特征

1.1 閥蓋長頸結構

若是介質溫度小于于-29℃時，一般就需要進行低溫閥門的安裝。為了防止填料位置出現結冰的情況而對于閥桿產生損傷，閥蓋填料箱需要保證和閥門流道保持一定的距離，將其設計為長頸結構，實際尺寸需要按照相關要求實施。并且溫度和公稱尺寸呈反比，這樣閥蓋的加長頸伸長量也就越大。除了有低溫止回閥之外，其他相應的閥門，也需要設計為長頸結構。相對于有上密封要求的低溫閘閥以及低溫截止閥等，需要進行上密封結構的設置，上密封座需要在填料函底部處進行設置，通常堆焊奧氏體不銹鋼或硬質合金，并且在加長閥蓋底部進行導向套的設置[1]。

1.2 自泄壓結構

若是低溫閥門當中所流經的介質為低溫液體，例如液氮、液氧、液化天然氣等。若是這些氣質被氣化，其相應的體積也會不斷增大，甚至是百倍，而如果它們在閥腔中被關閉，它們可能會引起爆裂。因此，與球閥、閘閥等雙向密封閥相比，在中間腔體需要進行自泄壓結構的設計。閘閥需要在閥門進口位置側面進行小孔開設，將其和進口管進行有效連接，球閥安全泄壓一般有兩種表現方式：第一種就是對于進口段預緊彈簧進行準確的計算，其中當型腔壓力大于額定壓力的1.33倍時，進口端的預緊彈簧壓力就會被釋放同時也會自動進行泄壓。另一種方法是將泄壓閥安裝在球閥中間腔的外面。使用前，需要合理設定壓力值，以保護低溫球閥的安全性能。

1.3 隔離滴盤

低溫閥門在管道安裝之后，為了能夠使得介質保證低溫，降低氣化情況出現，就需要在管道以及閥體等加長頸部位置進行保冷材料的包裹，因此在加長閥蓋上部進行隔離地盤的焊接，以此防止冷凝水或者雨水將加長閥蓋的爆冷層淋濕而出現結冰的情況，對閥門使用產生影響。

1.4 防止外漏

由于低溫閥門通常主要就是在一些易燃易爆管道中進行安裝，這就需要確保能夠和相關標準要求相符合。另外，填料壓蓋當中鎖緊螺母下部進行安裝彈性或者齒形防松墊的安裝處理，以此避免由于管道產生振動而使得螺母出現松動，以此使得填料函產生泄露的情況。

2 低溫閥門的材料

2.1 材料分類

低溫閥門材料主要分為三類：也就是碳鋼以及合金鋼和奧氏體不銹鋼。碳鋼主要有LCB（LF2）等，主要在不小于-46℃的非腐蝕性介質當中進行應用；合金鋼主要有LC3（LF3），主要在不小于-101℃的非腐蝕性介質中進行應用；奧氏體不銹鋼主要在不小于-196℃環境中應用，并且需要具備相應的腐蝕性低溫介質當中應用，

2.2 材料熱處理

低溫閥門材料，不管是鍛件還是鑄件，或者焊接部門都需要實施熱處理，以此將應力消除，晶粒細化可以將材料的實際金相組織進行合理改善，從而將其力學性能有效提升。碳鋼和合金鋼在處理中主要就是采用正火以及回火處理。和奧氏體不銹鋼相比較，在熱處理當中通常就是采用固溶處理。和含鈦奧氏體不銹鋼相比較，在淬火當中需要保證其穩定性，這樣才能夠析出較為穩定的相關碳化合物元素（Ti和Nb），從而將Cr碳化物進行析出，防止產生晶間腐蝕情況出現。低溫閥門和其他相關的閥門差異主要就是閥門的受力部位不同，在進行低溫夏氏V型缺口沖擊試驗當中。針對沖擊試樣溫度一般需要確保和閥門的最低溫度保持相同，沖擊試樣沖擊值以及平均值需要和標準要求相符合[2]。

2.3 工件深冷處理

低溫閥門在實際的應用中，通常會產生溫度冷熱交替變化的情況，為了能夠有效保證奧氏體的穩定性，需要確保其溫度小于-100℃的奧氏體不銹鋼閥門，和介質基礎零部件，在精加工前，采用液氮對其實施兩次深冷處理，確保在液氮箱當中對工件進行浸沒，若是工件溫度保持在-196℃時，按照零件的厚度對其保溫在2～4小時，繼而將其取出箱外有效恢復到室溫。

3 低溫閥門的檢驗

3.1 材料的檢驗

相對于零件表面不但需要根據標準進行目視檢查，還需要實施無損檢測，一般，采用無損檢測主要有包含磁粉探傷（MT）、滲透探傷（PT）、超聲波探傷（UT）、射線探傷等（RT）。

3.2 產品常溫性能檢驗

低溫閥門常溫檢驗和普通閥門相同，需要根據有關標準實施檢驗：第一，殼體強度試驗；第二，高壓密封試驗；第三，高壓上密封試驗（有上密封要求的閥門）；第四，低壓氣密封試驗。若是有要求，還需要進行高壓氣密封試驗，以及根據相關標準實施填料函和中法蘭處的低泄漏試驗。在實施水壓試驗之后，高壓氣密封試驗需要做好安全防護。在針對奧氏體不銹鋼閥門實施水壓試驗中，水中當中的氯離子含量需要將其控制在25ppm以內。

3.3 產品低溫性能試驗

相對于低溫閥門，需要根據通規定比例進行抽檢，實施低溫試驗。在低溫試驗之前，需要對閥門做好脫脂清潔化處理，同時采用氮氣將其吹干或者烘干，防止油脂或者水分在低溫環境下轉換為固體，從而對閥門結構產生一定的損傷。低溫試驗時，閥門與試壓裝置（閥體內的法蘭盲板、管接頭、熱電偶）固定連接，在常溫最大壓力下用氮氣保證初始試驗時各位置的緊密性。在這當中采用氦氣對于其中的氮氣進行排除，并且在液氧罐當中對整體閥門進行置入，將液氮充入，直到其達到液面達到閥蓋的頸部。若是閥門當中各個部分的熱電偶顯示溫度正常并且符合要求，就可以實施氦氣試驗。

4 結語

低溫閥門因為介質工況較為特殊，因此閥門結構需要特殊化設計，對材料的選取以及熱處理、深冷處理、零件的加工、整機裝配和常規的閥門有所不同，閥門的出廠檢查和其他產品相比較也更加的嚴格。現階段，一些低溫閥門逐漸實現了國產化，但是相對于更為高端的低溫球閥以及低溫蝶閥等還處于不斷開發當中，國產化的道路依舊任重道遠。