如何選用低溫美標(biāo)閘閥

發(fā)布時(shí)間：2018-5-25

    一、低溫美標(biāo)閘閥的材料選用
    1、低溫美標(biāo)閘閥主體材料
    （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，所以在低溫美標(biāo)閘閥中的使用有一定的限制，僅在低壓和小口徑閥門中選用。

     在低溫工作的材料要保證其低溫性能，主要是保證其冷沖擊強(qiáng)度。閥內(nèi)件必須通過(guò)正確選材，使其具有足夠的冷沖擊強(qiáng)度，才能防止斷裂。C和Cr的合金鋼在低于－20℃時(shí)候很快失去抗沖擊強(qiáng)度，所以使用溫度分別限制在-30℃和-50℃。含Ni量為3.5%的鎳鋼可以使用到-100℃，含Ni量9%的鎳鋼可以使用到-192℃。奧氏體不銹鋼、鎳、蒙乃爾合金、哈氏合金、鈦、鋁合金及青銅可以使用到更低的溫度（-273℃）。

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     除此以外，低溫美標(biāo)閘閥的材料選用還應(yīng)考慮以下一些因素：
        1） 閥門的zui低使用溫度；
        2） 金屬材料在低溫下保持工作條件所需要的力學(xué)性能，特別是沖擊韌性、相對(duì)延伸率及組織穩(wěn)定性；
        3） 在低溫及無(wú)油潤(rùn)滑的情況下，具有良好的耐摩性；
        4） 具有良好的耐蝕性；
        5） 采用焊接連接時(shí)還需考慮材料的焊接性能。
     （2） 閥體、閥蓋、閥座、閥瓣（閘板）材料的選用
        這些主體零部件材料的選用原則大致是：溫度高于-100℃時(shí)選用鐵素體鋼；溫度低于-100℃時(shí)選用奧氏體鋼；低壓及小口徑閥門可選用銅和鋁等材料。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)使用溫度選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?br />      （3） 閥桿及緊固件的材料選用
        溫度高于-100℃時(shí)，閥桿和螺栓材料采用Ni、,Cr-Mo等合金鋼，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚�，以提高抗拉�?qiáng)度和防止螺紋咬傷等。溫度低于-100℃時(shí)，采用奧氏體不銹耐酸鋼制造。但18-8耐酸鋼硬度低，會(huì)造成閥桿與填料相互擦傷，致使填料處泄漏。所以，閥桿表面必須鍍硬鉻（ 鍍層厚0.04-0.06mm），或進(jìn)行氮化和鍍鎳磷處理，以提高表面硬度。為防止螺母與螺栓咬死，螺母一般采用Mo鋼或Ni鋼，同時(shí)在螺紋表面涂二硫化鉬。
        2、低溫美標(biāo)閘閥墊片、填料材料的選用
        隨著溫度降低，氟塑料收縮量很大，會(huì)使密封性能下降，容易引起泄漏。石棉填料無(wú)法避免滲透性泄漏。橡膠對(duì)液化天然氣有泡脹性，在低溫下不可采用。
        在低溫美標(biāo)閘閥設(shè)計(jì)中，一方面由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)保證使填料處于接近環(huán)境溫度下工作，例如，采用長(zhǎng)頸閥蓋結(jié)構(gòu)，使填料函離低溫介質(zhì)盡量遠(yuǎn)些，另一方面在選擇填料時(shí)要考慮填料的低溫特性。低溫美標(biāo)閘閥中一般采用浸漬聚四氟乙烯的石棉填料。
        柔性石墨是新近發(fā)展起來(lái)的一種優(yōu)良的密封材料。這種材料對(duì)氣體、液體均不滲透，在厚度方向有10%-15 %的彈性，
較低的緊固壓力就可達(dá)到密封。它還有自潤(rùn)滑性，用作閥門填料可以防止填料與閥桿的磨損。柔性石墨填料使用溫度范圍為—200~870℃。
二、低溫美標(biāo)閘閥的設(shè)計(jì)要求
        根據(jù)使用條件，低溫美標(biāo)閘閥的設(shè)計(jì)有下列要求：
        1） 閥門在低溫介質(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�降低熱效率外，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。

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三、低溫美標(biāo)閘閥性能的要求
低溫美標(biāo)閘閥在市面上的發(fā)展快速，但也存在著一些問題。低溫美標(biāo)閘閥產(chǎn)生泄漏的原因主要有兩種情況，一是內(nèi)漏；二是外漏。 
    1） 閥門產(chǎn)生內(nèi)漏主要原因是密封副在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生變形所致。當(dāng)介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時(shí)造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產(chǎn)生翹曲變形而造成低溫密封不良。我們?cè)鴮?duì)DN250閥門進(jìn)行低溫試驗(yàn)，介質(zhì)為液氮（-196℃）蝶板材料為1Cr18Ni9Ti（沒經(jīng)過(guò)低溫處理）發(fā)現(xiàn)密封面翹曲變形量達(dá)0.12mm左右，這是造成內(nèi)漏的主要原因。 
    新研制的蝶閥由平面密封改為錐面密封。閥座是一個(gè)斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環(huán)組成密封副。密封環(huán)可在蝶板槽內(nèi)徑向浮動(dòng)。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，彈性密封環(huán)首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸將密封環(huán)向內(nèi)推，迫使彈性環(huán)再和斜圓錐面的長(zhǎng)軸接觸，zui終導(dǎo)致彈性密封環(huán)與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環(huán)產(chǎn)生變形而達(dá)到的。因此當(dāng)閥體或蝶板在低溫下產(chǎn)生變形時(shí)，都會(huì)被彈性密封環(huán)來(lái)吸收補(bǔ)償，不會(huì)產(chǎn)生泄漏和卡死現(xiàn)象。當(dāng)閥門打開時(shí)這一彈性變形立即消失，在啟閉過(guò)程中基本沒有相對(duì)磨擦，故使用壽命長(zhǎng)。 
    2） 閥門的外漏：其一是閥門與管路采用法蘭連接方式時(shí)，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產(chǎn)生松弛而導(dǎo)至泄漏。因此我們把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結(jié)構(gòu)，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。一般多數(shù)閥門的填料采用F4，因?yàn)樗�的自滑性能好、摩擦系�?shù)�。▽�(duì)鋼的摩擦系數(shù)f=0.05～0.1），又具有的化學(xué)穩(wěn)定性，因此得到廣泛應(yīng)用。但F4也有不足之處，一是冷流傾向大；二是線膨脹系數(shù)大，在低溫下產(chǎn)生冷縮導(dǎo)致滲漏，造成閥桿處大量結(jié)冰，至使閥門開啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結(jié)構(gòu)即利用F4膨脹系數(shù)大的特點(diǎn)，通過(guò)予留的間隙達(dá)到常溫、低溫都可以密封的目的。 

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