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 超低溫深冷截止閥低溫試驗(yàn)

      低溫閥門(mén)的主要品種有：截止閥低溫閥門(mén)一般都采用長(zhǎng)頸閥蓋結(jié)構(gòu)，以保證填料函底部溫度保持在0℃以上，防止填料凍結(jié)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮由于溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形和介質(zhì)異常升壓現(xiàn)象，以保證密封性能和強(qiáng)度安全為主要原則。低溫閥門(mén)材料選擇要依工作溫度而定，一般來(lái)說(shuō)，-100℃以上，主體材料采用低溫碳鋼，-100℃以下要選擇奧氏體不銹鋼。密封和緊固件也要依據(jù)工作溫度的不同，選擇合適的材料以保證有效的機(jī)械性能。

      低溫截止閥適用于低溫液體貯運(yùn)設(shè)備的管理系統(tǒng)，具有開(kāi)關(guān)靈活、密封可靠的特點(diǎn)，也可用于其他低溫和深冷介質(zhì)的管理系統(tǒng)。常溫截止閥是指介質(zhì)的使用溫度-40~+500度之間，閥體的材料也不一樣。低溫截止閥主要是指介質(zhì)使用溫度在-196~-150度的低溫液態(tài)介質(zhì)系統(tǒng)中的截止閥。低溫閥門(mén)，特別是超低溫閥門(mén)，其工作溫度極低。在設(shè)計(jì)這類閥門(mén)時(shí)，除了應(yīng)遵循一般閥門(mén)的設(shè)計(jì)原則外，還有一些特殊的要求。

一、 超低溫深冷截止閥低溫試驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求:根據(jù)使用條件，低溫閥的設(shè)計(jì)有下列要求：

1) 閥門(mén)在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應(yīng)具有長(zhǎng)時(shí)間工作的能力。

2) 閥門(mén)不應(yīng)成為低溫系統(tǒng)的一個(gè)顯著熱源。這是因?yàn)闊崃康牧魅氤档蜔嵝释?，如流入過(guò)多，還會(huì)使內(nèi)部流體急速蒸發(fā)，產(chǎn)生異常升壓，造成危險(xiǎn)。

3) 低溫介質(zhì)不應(yīng)對(duì)手輪操作及填料密封性能產(chǎn)生有害的影響。

4) 直接與低溫介質(zhì)接觸的閥門(mén)組合件應(yīng)具有防爆和防火結(jié)構(gòu)。

5) 在低溫下工作的閥門(mén)組合件無(wú)法潤(rùn)滑，所以需要采取結(jié)構(gòu)措施，以防止摩擦件擦傷。

二、 超低溫深冷截止閥低溫試驗(yàn)的材料選用

1、低溫閥主體材料

(1) 主體材料選用應(yīng)考慮的因素

從金相考慮，金屬材料中除了具有面心立方晶格的奧氏體鋼、銅、鋁等以外，一般的鋼材在低溫狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)低溫脆性，從而降低閥門(mén)的強(qiáng)度和使用壽命。選擇主體材料時(shí)首先要選用適合于低溫下工作的材料。鋁在低溫下不會(huì)出現(xiàn)低溫脆性，但因鋁及鋁合金的硬度不高，鋁密封面的耐磨、耐擦傷性能差，所以在低溫閥門(mén)中的使用有一定的限制，僅在低壓和小口徑閥門(mén)中選用。

  2.2　 超低溫深冷截止閥低溫試驗(yàn)閥門(mén)低溫試驗(yàn)裝置

        閥門(mén)低溫試驗(yàn)裝置主要用來(lái)進(jìn)行低溫閥門(mén)零部件深冷處理和閥門(mén)低溫型式試驗(yàn)。

        有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作溫度低于-100℃的低溫閥門(mén)，其主要零部件在精加工前應(yīng)進(jìn)行深冷處理，目的是減少由于溫差和金相組織改變而產(chǎn)生的變形。低溫試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)在低溫工作環(huán)境下，低溫閥門(mén)的整機(jī)性能，這是一項(xiàng)要定期進(jìn)行的工作。

        目前，低溫環(huán)境主要是通過(guò)熱力循環(huán)或低溫介質(zhì)（通常是低溫液體吸收氣化潛熱）方式獲得，但-100℃以下的深冷環(huán)境通常只能通過(guò)低溫液體浸漬法獲得，由于液氮的溫度位合適（-196℃）、來(lái)源廣泛、無(wú)污染、價(jià)格便宜而得到廣泛應(yīng)用。采用液氮作為冷媒介質(zhì)時(shí)，可以通過(guò)加入一定比例的酒精來(lái)獲得不同的溫度位。

 超低溫深冷截止閥低溫試驗(yàn)產(chǎn)品特點(diǎn)

與介質(zhì)接觸的閥門(mén)零件在精加工前均按規(guī)范的要求進(jìn)行嚴(yán)格的低溫處理，保證閥門(mén)零件能充分承受溫度變化而引起的膨脹、收縮，且閥座部分的結(jié)構(gòu)不會(huì)因溫度變化而產(chǎn)生變形；

采用能保護(hù)填料函的長(zhǎng)頸閥蓋結(jié)構(gòu)；

采用無(wú)論溫度如何變化均能保持可靠密封的閥瓣，閥瓣采用錐形閥瓣；

采用上密封座堆焊鈷鉻鎢硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)，避免不銹鋼材料相互咬死；

采用鈷鉻鎢硬質(zhì)合金堆焊結(jié)構(gòu)的閥座、閥瓣密封面；

介質(zhì)流向?yàn)榈瓦M(jìn)高出（從閥瓣下端流入）；

閥桿表面滲氮硬化處理，防止閥門(mén)啟閉過(guò)程中的表面擦傷影響密封性能；

填料可按用戶要求選用低泄漏填料，確保閥門(mén)填料處的泄漏滿足環(huán)保要求；

可按用戶要求提供焊接袖管；

可按用戶要求提供絕緣板（滴水板）。

可按用戶要求采用低泄漏設(shè)計(jì)，詳細(xì)技術(shù)規(guī)格請(qǐng)參閱低泄漏樣本。

   3　 超低溫深冷截止閥低溫試驗(yàn)深冷處理與低溫試驗(yàn)

        3.1　深冷處理

        深冷處理工藝在閥門(mén)行業(yè)主要適用于工作溫度低于-100℃的超低溫閥門(mén)零部件，在這個(gè)溫度段的用材主要以F304、F304L、F316和F316L等Cr-Ni奧氏體不銹鋼為主，這些材料都屬于亞穩(wěn)定型不銹鋼，在低溫下會(huì)發(fā)生向馬氏體的金相轉(zhuǎn)變，由于體心立方晶格的馬氏體比面心立方晶格的奧氏體具有更大的比容，低溫相變后會(huì)引起體積膨脹而導(dǎo)致零件變形。

   此外，溫度降低還會(huì)造成金屬結(jié)構(gòu)的收縮，由于零件各部分收縮不均勻，就產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超出了材料的屈服，零件將產(chǎn)生不可逆的變形。深冷處理可以使相變和變形充分發(fā)生，然后，通過(guò)精加工使零件保持組織和尺寸的相對(duì)穩(wěn)定。具體方法是：將零件浸放在液氮中，當(dāng)溫度達(dá)到-196℃時(shí)開(kāi)始保溫1～2h，然后取出，自然恢復(fù)到常溫，重復(fù)循環(huán)2次。有關(guān)研究資料表明，深冷處理還有強(qiáng)化材料機(jī)械性能的效果，鋼鐵材料在經(jīng)過(guò)深冷處理后，強(qiáng)度和硬度有所提高。主要是由于：（1）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而提高強(qiáng)度和硬度；

（2）從馬氏體中析出超細(xì)碳化物，從而彌散強(qiáng)化；

（3）組織細(xì)化，從而引起材料的強(qiáng)硬化。并且認(rèn)為：二次深冷處理效果佳，因?yàn)榈诙翁幚頃r(shí)材料仍能發(fā)生結(jié)構(gòu)上的變化，但是此后的多次處理就不再有明顯變化 。

        3.2　 超低溫深冷截止閥低溫試驗(yàn)低溫試驗(yàn)

        目前，閥門(mén)低溫試驗(yàn)所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要是：JB/T7794、BS6364等。在低溫試驗(yàn)前，閥門(mén)應(yīng)進(jìn)行去油脂和干燥處理，因?yàn)橛椭退衷诘蜏丨h(huán)境下會(huì)變成堅(jiān)硬的固態(tài)物質(zhì)，造成閥內(nèi)結(jié)構(gòu)損傷。將閥門(mén)和試驗(yàn)裝置連接好以后，在常溫和大工作壓力下，使用氦氣做初始檢測(cè)試驗(yàn)，確保各部位連接的緊密性。在閥門(mén)降溫的過(guò)程中要保持閥內(nèi)始終有氦氣流通，以帶走降溫過(guò)程中可能形成的濕氣。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程要在低溫試驗(yàn)槽內(nèi)完成，閥門(mén)整體浸入液氮或液氮與酒精的混合液中，液面高度應(yīng)達(dá)到閥蓋頸部位置。當(dāng)各部位溫度達(dá)到規(guī)定的要求時(shí)，即可開(kāi)始試驗(yàn)。低溫試驗(yàn)的內(nèi)容主要是按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測(cè)閥門(mén)在低溫狀態(tài)下的密封和操作性能，其間還要做若干次的開(kāi)關(guān)操作，一定要注意人員的安全防護(hù)，要注意工作環(huán)境的通風(fēng)和低溫區(qū)域的警示、隔離。要重視對(duì)試驗(yàn)結(jié)束后工作場(chǎng)所的善后防護(hù)。宜采取手輪和閥蓋軸線豎直向上安裝形式。因安裝空間局，手輪和閥蓋軸線與垂直線最大允許偏差角度45°。

在焊接前必須清掃管道內(nèi)的異物，反復(fù)確認(rèn)管道內(nèi)有無(wú)異物，然后再安裝焊接。開(kāi)袋后也可以直接就焊。（為防萬(wàn)一還是先確認(rèn)焊接開(kāi)口處的清潔狀態(tài)為好，如需清掃，請(qǐng)先清掃后再焊接。）在進(jìn)行焊接之前，請(qǐng)根據(jù)閥的材質(zhì)、焊條的材質(zhì)、電流、姿勢(shì)等決定適當(dāng)?shù)臈l件后再作業(yè)。在焊接時(shí)不要使閥體過(guò)分受熱，以防閥體變形。焊接時(shí)要使閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，并用清潔的保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)焊接。

注明:在配管時(shí)要充分考慮因低溫流體所引起的閥門(mén)及管道收縮情況，不要增加閥門(mén)的受力負(fù)擔(dān)。在管路排布及施焊工藝方面要安排合理，盡可能的防止空氣進(jìn)入閥門(mén)內(nèi)部，以免當(dāng)閥門(mén)流過(guò)低溫流體時(shí)內(nèi)部有冷凝水產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象而影響閥門(mén)動(dòng)作及密封。在系統(tǒng)預(yù)冷后請(qǐng)檢查螺栓螺母及填料壓帽等緊固件的鎖緊狀況，如出現(xiàn)微量泄漏，系由材料遇冷收縮而引起的，可將上述緊固件在冷態(tài)下緊固。

  4　 超低溫深冷截止閥低溫試驗(yàn)深冷試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

        所討論的低溫閥門(mén)深冷試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)方案基于現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)，考慮了目前主要的低溫閥門(mén)產(chǎn)品分布。方案的提出有實(shí)際的工程應(yīng)用基礎(chǔ)。主要用在-40℃~+80℃的低溫和深冷介質(zhì)的管道上，作流體的開(kāi)關(guān)和截?cái)嘀?。其由不銹鋼閥體，壓蓋，絲桿，手輪，螺帽密封墊組合而成。閥體及所有配件均低溫處理。低進(jìn)高出的流道設(shè)計(jì)，將手輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)閥桿與閥瓣向上運(yùn)動(dòng)，密封件離開(kāi)閥座，閥門(mén)開(kāi)啟；將手輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)閥桿與閥瓣向下運(yùn)動(dòng)，密封件壓緊閥座，閥門(mén)關(guān)閉。