超低溫深冷截止閥低溫試驗

      低溫閥門的主要品種有：截止閥低溫閥門一般都采用長頸閥蓋結構，以保證填料函底部溫度保持在0℃以上，防止填料凍結。結構設計時應考慮由于溫度變化引起的結構變形和介質(zhì)異常升壓現(xiàn)象，以保證密封性能和強度安全為主要原則。低溫閥門材料選擇要依工作溫度而定，一般來說，-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械性能。

      低溫截止閥適用于低溫液體貯運設備的管理系統(tǒng)，具有開關靈活、密封可靠的特點，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，特別是超低溫閥門，其工作溫度極低。在設計這類閥門時，除了應遵循一般閥門的設計原則外，還有一些特殊的要求。

一、 超低溫深冷截止閥低溫試驗的設計要求:根據(jù)使用條件，低溫閥的設計有下列要求：

1) 閥門在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應具有長時間工作的能力。

2) 閥門不應成為低溫系統(tǒng)的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如流入過多，還會使內(nèi)部流體急速蒸發(fā)，產(chǎn)生異常升壓，造成危險。

3) 低溫介質(zhì)不應對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具有防爆和防火結構。

5) 在低溫下工作的閥門組合件無法潤滑，所以需要采取結構措施，以防止摩擦件擦傷。

二、 超低溫深冷截止閥低溫試驗的材料選用

1、低溫閥主體材料

(1) 主體材料選用應考慮的因素

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)下會出現(xiàn)低溫脆性，從而降低閥門的強度和使用壽命。選擇主體材料時首先要選用適合于低溫下工作的材料。鋁在低溫下不會出現(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，所以在低溫閥門中的使用有一定的限制，僅在低壓和小口徑閥門中選用。

  2.2　 超低溫深冷截止閥低溫試驗閥門低溫試驗裝置

        閥門低溫試驗裝置主要用來進行低溫閥門零部件深冷處理和閥門低溫型式試驗。

        有關標準規(guī)定，工作溫度低于-100℃的低溫閥門，其主要零部件在精加工前應進行深冷處理，目的是減少由于溫差和金相組織改變而產(chǎn)生的變形。低溫試驗主要是檢驗在低溫工作環(huán)境下，低溫閥門的整機性能，這是一項要定期進行的工作。

        目前，低溫環(huán)境主要是通過熱力循環(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)境通常只能通過低溫液體浸漬法獲得，由于液氮的溫度位合適（-196℃）、來源廣泛、無污染、價格便宜而得到廣泛應用。采用液氮作為冷媒介質(zhì)時，可以通過加入一定比例的酒精來獲得不同的溫度位。

 超低溫深冷截止閥低溫試驗產(chǎn)品特點

與介質(zhì)接觸的閥門零件在精加工前均按規(guī)范的要求進行嚴格的低溫處理，保證閥門零件能充分承受溫度變化而引起的膨脹、收縮，且閥座部分的結構不會因溫度變化而產(chǎn)生變形；

采用能保護填料函的長頸閥蓋結構；

采用無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)合金結構，避免不銹鋼材料相互咬死；

采用鈷鉻鎢硬質(zhì)合金堆焊結構的閥座、閥瓣密封面；

介質(zhì)流向為低進高出（從閥瓣下端流入）；

閥桿表面滲氮硬化處理，防止閥門啟閉過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計，詳細技術規(guī)格請參閱低泄漏樣本。

   3　 超低溫深冷截止閥低溫試驗深冷處理與低溫試驗

        3.1　深冷處理

        深冷處理工藝在閥門行業(yè)主要適用于工作溫度低于-100℃的超低溫閥門零部件，在這個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，低溫相變后會引起體積膨脹而導致零件變形。

   此外，溫度降低還會造成金屬結構的收縮，由于零件各部分收縮不均勻，就產(chǎn)生了溫度應力，當溫度應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，通過精加工使零件保持組織和尺寸的相對穩(wěn)定。具體方法是：將零件浸放在液氮中，當溫度達到-196℃時開始保溫1～2h，然后取出，自然恢復到常溫，重復循環(huán)2次。有關研究資料表明，深冷處理還有強化材料機械性能的效果，鋼鐵材料在經(jīng)過深冷處理后，強度和硬度有所提高。主要是由于：（1）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而提高強度和硬度；

（2）從馬氏體中析出超細碳化物，從而彌散強化；

（3）組織細化，從而引起材料的強硬化。并且認為：二次深冷處理效果佳，因為第二次處理時材料仍能發(fā)生結構上的變化，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低溫試驗

        目前，閥門低溫試驗所執(zhí)行的標準主要是：JB/T7794、BS6364等。在低溫試驗前，閥門應進行去油脂和干燥處理，因為油脂和水分在低溫環(huán)境下會變成堅硬的固態(tài)物質(zhì)，造成閥內(nèi)結構損傷。將閥門和試驗裝置連接好以后，在常溫和大工作壓力下，使用氦氣做初始檢測試驗，確保各部位連接的緊密性。在閥門降溫的過程中要保持閥內(nèi)始終有氦氣流通，以帶走降溫過程中可能形成的濕氣。整個試驗過程要在低溫試驗槽內(nèi)完成，閥門整體浸入液氮或液氮與酒精的混合液中，液面高度應達到閥蓋頸部位置。當各部位溫度達到規(guī)定的要求時，即可開始試驗。低溫試驗的內(nèi)容主要是按有關標準要求，檢測閥門在低溫狀態(tài)下的密封和操作性能，其間還要做若干次的開關操作，一定要注意人員的安全防護，要注意工作環(huán)境的通風和低溫區(qū)域的警示、隔離。要重視對試驗結束后工作場所的善后防護。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，反復確認管道內(nèi)有無異物，然后再安裝焊接。開袋后也可以直接就焊。（為防萬一還是先確認焊接開口處的清潔狀態(tài)為好，如需清掃，請先清掃后再焊接。）在進行焊接之前，請根據(jù)閥的材質(zhì)、焊條的材質(zhì)、電流、姿勢等決定適當?shù)臈l件后再作業(yè)。在焊接時不要使閥體過分受熱，以防閥體變形。焊接時要使閥門處于開啟狀態(tài)，并用清潔的保護氣體進行保護焊接。

注明:在配管時要充分考慮因低溫流體所引起的閥門及管道收縮情況，不要增加閥門的受力負擔。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入閥門內(nèi)部，以免當閥門流過低溫流體時內(nèi)部有冷凝水產(chǎn)生結冰現(xiàn)象而影響閥門動作及密封。在系統(tǒng)預冷后請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深冷試驗裝置設計

        所討論的低溫閥門深冷試驗裝置設計方案基于現(xiàn)代測控技術，考慮了目前主要的低溫閥門產(chǎn)品分布。方案的提出有實際的工程應用基礎。主要用在-40℃~+80℃的低溫和深冷介質(zhì)的管道上，作流體的開關和截斷之用。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。低進高出的流道設計，將手輪逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動閥桿與閥瓣向上運動，密封件離開閥座，閥門開啟；將手輪順時針旋轉(zhuǎn)，帶動閥桿與閥瓣向下運動，密封件壓緊閥座，閥門關閉。