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1、设计技术 低温阀门设 计 技 术 研 究 及 分 析 梁晓刚陈宗华 ( 天华化工机械及自动化研究设计院，甘肃兰州7 3 0 0 6 0 ) 低M IN H 是 指 G t lflmm Z SZ f13 J ll l ，通 常把工作温度低于一 4 0 的阀门称为低温阀门。低 温阀门是石油化工、空气分离、天然气等工业不可 缺少的重要设备之一， 其质量的优劣 决定着能否 安 全、 经济、持续地生产。随着现代科 技的发展， 低 温阀门的用途越来越广 ，需求也越来越大。 目前，国内低温阀门生产能力较差。从材料上 看， 国 外有C F 8 , L C B , L F 1 , F 3 0 4 等) 一 多种
2、， 可以 适用于不同的温度和介质， 且都制定了 相关标准， 不 仅规定了铸锻件的尺寸 和外观质量要求，还对 铸锻 件的化学成分、热处理、力学性能、物理性能、焊 补、 焊后热处理、 探伤、品间腐 蚀试验( 奥氏体 钢) 、 冲击试 验( 低温阀门) 等做了严 格的 技术要求。 而国内 标准就相对简单， 对一些具体问题的规定不够详细。 此外， 国 产低温阀门在技术水平、 寿命、 可靠性、 配 套能力等方面还与国外产品存在 较大差距，因 此目 前国内使用的低温阀门 绝大 部分依 赖进口 。 鉴于国 内在低温阀门研究开发方面存在的不足， 笔者对 低 温阀门进行了较系统的研究，现阐述如下。 生异常升压，
3、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 低温阀门的一般设计要求 (lW 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 达一 2 6
4、 9 0C， 最高使用压力达 1 O MP a 。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 1 0 年或是 3 5 0 0 一5 0 0 0 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 流人会降低 热效率， 而且热量 流人过多，还可能使阀门内部的低温介质汽化，产 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
5、 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。 2 . 1 低温阀门的绝热性能 可以利用阀门 进人低 温介质的 热流流量Q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 K T 作 统 一 比较 。 K , a , P DN2 4T 尸 单 位时间内 进入低温介质 的热量， P = Q j 1 T ; a , 一比
6、例系 数， 考虑到低温阀门 一般在液氮 中 进 行 试 验， 故 取a , 0 . 0 2 1 6 ; 0 1周围环境温度( 2 0 0C) 与低温介质温度之 2 0 03年第 5期 日竹 式 O 万方数据 设计技术 Te chn ol oav o f De si an 间 的差值，; D N阀门的公称 通径， m a K T 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 过程中所消耗的能量，即在上述过程中阀门传给低 温 介质 的 热
7、 量Q 2 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Q , 来衡量低温阀门冷却性能是不够的， 可采用如 切断介质。 表， 气动式真空绝热低温阀门技术水平指标 公称 直 径 / ff 山 1 低 温介 质 氧 (o，) , 氮( N 之) 1c“ a 4 r W IL ( 1 1 ) R 尸 l i n - I - j h响! . W .n . ti ) K , ( I/ m ) 一 ， . ， / 1 0 11 , 6 0 x 1 0 “ 一 10 0 1 0 .8 0 * 1 0 0 一 2.4 17 ,.5 0 X 1
8、 0 !2 . 4 2 0 00. 7 0 x 1 0 - 41 . 40 . 5 0 x 1 0 - 41 . 9 3 0 0 0 ; 6 7 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 T I 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 T- t m , t. 为A S M E B 1 6 .3 4 中 所 对 应 的 最 小 壁 厚 。 当t - - 1 0 0 C 工作温 度 - 1 0 0 ( 1 5 9 0 一1 3 0 2 0 1 0 0 1 1 0 1
9、4 0 2 51 0 0 1 2 0一1 5 0 4 0 1 1 0 1 3 0 1 6 0 5 0一1 l 01 3 0一1 7 0 8 01 2 0一 1 5 0 1 9 0 1 0 0 1 3 0一 2 0 0 1 5 0 1 4 0 1 7 0 2 2 0 2 0 01 4 01 7 02 2 e 25 。 一 ，、 。18 0一 2 4 0 3 0 0 一1 5 0 1 8 0 2 4 0 3 5 0 16 0 1 9 0 2 5 0 4 0 0 一1 6 0土 9 0一 2 5 0 4 5 0 1 的 1 9 0 2 5 0 5 0 0 1 7 0一 2 0 0 2 6 0 6 0
10、 0 ! 17 0 20 0一 2 6 0 的一种装置称为 L 密封装置。 上密封装置有两个作用。 第一， 上密封装置可以 减小工作介质对填料的损坏。工 _ 业阀门在绝大多数 工作时间处于开启状态，如无上密封装置，则介质 压力直接作用干填料。填料长期处于受压状态，易 老化。 第二，当 填料处有泄漏时， 全开阀门， 使上 密封装置处于工作状态， 就可以带压进行填料更换 因 此， 对于闸阀和截止阀都规定 要有 上密封装置。 上密封面可 用在阀盖上堆焊钻铬钨硬质合 金， 然后精加工、 研磨而成的工艺制得( 对于奥氏体不锈 钢材料的 阀盖， 可直接在阀盖 上加 工上密封面) ， 也 可 在专门 的上密
11、封座上研磨而成。 J $ 之，在低温阀门的设计过程中要综合考虑低 温对阀门的各种影响，采用合理的结构，避免低温 对阀门正常工作的不良影响。 5 低温阀门的检验 在工业应用中，可以根据现场实际情况( 如保 温、操作空间、位置等) 的需要， 适当的加长颈部 尺寸 。 4 . 3 泄压部件的设计 异常升压的问题一般只存在于低温闸阀中。当 闸阀闸板关闭后，残留在阀体.p 腔的低温介质从周 围环境中大量吸收热量，迅速汽化，在阀体内产生 很高的压强。异常升压的危害很大，它可能将闸板 紧 紧地压在阀 座上， 导致Im l 板卡死， 使阀门 不能正 常工作，也可能冲坏填料和法兰垫片，甚至引起阀 体爆炸。 因此
12、必须采取措施加以避免。 常用的措施是设计泄压孔和设置旁路系统。对 小口 径阀门( D N 6 3 0 0 m m ) 可以 直接 在闸 板靠近高压 侧( 即进口端) 设计 一 个泄压孔， 对于大口径阀门则需 增加旁路系统。对于增加了泄压孔或旁路系统的低 温阀门必须标明介质流向。 4 . 4 上密封装置的设计 在阀门全开时，阻止工作介质向填料函处泄漏 低温阀门除了要做常温检验外，还必须做低温 试验。 常温检验主要包括壳体水压强度 试验， 水压、 气 压密封试验， 上密封试 验， 以及启闭和扭矩试验等。 低温试验的 主要目 的 是检验低温阀门 在低温状 态 ; 的操作性能和密封性能。操作 性能 要
13、求阀门 启 闭灵活，移动件和密封副不得发生擦伤和咬死。密 封性能要求阀门密封面泄漏量小于允许泄漏量 6 结论 低温阀门与 通用阀门的工 作环境有很 大的 区别， 在低温阀门的设计、制造、 检验 等过程中 除了 要遵 守阀门设计、制造、检验的一般规则外，还应当特 别注意以下几点: ( 1 ) 根 据最低工作 温度 和工作介质 选择合理的低温材料; ( 2 ) 采用合理的结构，特别是 防止异常升压的结构和保证良 好密封的结构; ( 3 ) 在 精加工前，必须对所有低温材料部件进行深冷处 理; ( 4 ) 按要求进行常温试验和低温试验。 络.份，二争舟.叻奋母，w.“令替翻.合，奋份，.，夸李今浓毋心二.心， 恰 。妙 。 终 jV . ti T Iq ， 2 0 0 4 ， 3 。 ( St -T ,. wt -6 - .5 ft /1% * ) ， -# 。 ,:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， O 20 03年第5期万方数据