如何选用低温美标闸阀

发布时间：2018-5-25

    一、低温美标闸阀的材料选用
    1、低温美标闸阀主体材料
    （1） 主体材料选用应考虑的因素
     从金相考虑，金属材料中除了具有面心立方晶格的奥氏体钢、铜、铝等以外，一般的钢材在低温状态下会出现低温脆性，从而降低阀门的强度和使用寿命。选择主体材料时首先要选用适合于低温下工作的材料。铝在低温下不会出现低温脆性，但因铝及铝合金的硬度不高，铝密封面的耐磨、耐擦伤性能差，所以在低温美标闸阀中的使用有一定的限制，仅在低压和小口径阀门中选用。

     在低温工作的材料要保证其低温性能，主要是保证其冷冲击强度。阀内件必须通过正确选材，使其具有足够的冷冲击强度，才能防止断裂。C和Cr的合金钢在低于－20℃时候很快失去抗冲击强度，所以使用温度分别限制在-30℃和-50℃。含Ni量为3.5%的镍钢可以使用到-100℃，含Ni量9%的镍钢可以使用到-192℃。奥氏体不锈钢、镍、蒙乃尔合金、哈氏合金、钛、铝合金及青铜可以使用到更低的温度（-273℃）。

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     除此以外，低温美标闸阀的材料选用还应考虑以下一些因素：
        1） 阀门的zui低使用温度；
        2） 金属材料在低温下保持工作条件所需要的力学性能，特别是冲击韧性、相对延伸率及组织稳定性；
        3） 在低温及无油润滑的情况下，具有良好的耐摩性；
        4） 具有良好的耐蚀性；
        5） 采用焊接连接时还需考虑材料的焊接性能。
     （2） 阀体、阀盖、阀座、阀瓣（闸板）材料的选用
        这些主体零部件材料的选用原则大致是：温度高于-100℃时选用铁素体钢；温度低于-100℃时选用奥氏体钢；低压及小口径阀门可选用铜和铝等材料。设计时根据使用温度选择适当的材料。
     （3） 阀杆及紧固件的材料选用
        温度高于-100℃时，阀杆和螺栓材料采用Ni、,Cr-Mo等合金钢，经适当的热处理，以提高抗拉强度和防止螺纹咬伤等。温度低于-100℃时，采用奥氏体不锈耐酸钢制造。但18-8耐酸钢硬度低，会造成阀杆与填料相互擦伤，致使填料处泄漏。所以，阀杆表面必须镀硬铬（ 镀层厚0.04-0.06mm），或进行氮化和镀镍磷处理，以提高表面硬度。为防止螺母与螺栓咬死，螺母一般采用Mo钢或Ni钢，同时在螺纹表面涂二硫化钼。
        2、低温美标闸阀垫片、填料材料的选用
        随着温度降低，氟塑料收缩量很大，会使密封性能下降，容易引起泄漏。石棉填料无法避免渗透性泄漏。橡胶对液化天然气有泡胀性，在低温下不可采用。
        在低温美标闸阀设计中，一方面由结构设计来保证使填料处于接近环境温度下工作，例如，采用长颈阀盖结构，使填料函离低温介质尽量远些，另一方面在选择填料时要考虑填料的低温特性。低温美标闸阀中一般采用浸渍聚四氟乙烯的石棉填料。
        柔性石墨是新近发展起来的一种优良的密封材料。这种材料对气体、液体均不渗透，在厚度方向有10%-15 %的弹性，
较低的紧固压力就可达到密封。它还有自润滑性，用作阀门填料可以防止填料与阀杆的磨损。柔性石墨填料使用温度范围为—200~870℃。
二、低温美标闸阀的设计要求
        根据使用条件，低温美标闸阀的设计有下列要求：
        1） 阀门在低温介质及周围环境温度下应具有长时间工作的能力。
        2） 阀门不应成为低温系统的一个显著热源。这是因为热量的流入除降低热效率外，如流入过多，还会使内部流体急速蒸发，产生异常升压，造成危险。
        3） 低温介质不应对手轮操作及填料密封性能产生有害的影响。
        4） 直接与低温介质接触的阀门组合件应具有防爆和防火结构。

        5） 在低温下工作的阀门组合件无法润滑，所以需要采取结构措施，以防止摩擦件擦伤。

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三、低温美标闸阀性能的要求
低温美标闸阀在市面上的发展快速，但也存在着一些问题。低温美标闸阀产生泄漏的原因主要有两种情况，一是内漏；二是外漏。 
    1） 阀门产生内漏主要原因是密封副在低温状态下产生变形所致。当介质温度下降到使材料产生相变时造成体积变化，使原本研磨精度很高的密封面产生翘曲变形而造成低温密封不良。我们曾对DN250阀门进行低温试验，介质为液氮（-196℃）蝶板材料为1Cr18Ni9Ti（没经过低温处理）发现密封面翘曲变形量达0.12mm左右，这是造成内漏的主要原因。 
    新研制的蝶阀由平面密封改为锥面密封。阀座是一个斜圆锥椭圆密封面，与嵌装在蝶板上的正圆形弹性密封环组成密封副。密封环可在蝶板槽内径向浮动。当阀门关闭时，弹性密封环首先和椭圆密封面的短轴接触，随着阀杆的转动逐渐将密封环向内推，迫使弹性环再和斜圆锥面的长轴接触，zui终导致弹性密封环与椭圆密封面全部接触。它的密封是依靠弹性环产生变形而达到的。因此当阀体或蝶板在低温下产生变形时，都会被弹性密封环来吸收补偿，不会产生泄漏和卡死现象。当阀门打开时这一弹性变形立即消失，在启闭过程中基本没有相对磨擦，故使用寿命长。 
    2） 阀门的外漏：其一是阀门与管路采用法兰连接方式时，由于连接垫料、连接螺栓、以及连接件在低温下材料之间收缩不同步产生松弛而导至泄漏。因此我们把阀体与管路的连接方式由法兰连接改为焊接结构，避免了低温泄漏。其二是阀杆与填料处的泄漏。一般多数阀门的填料采用F4，因为它的自滑性能好、摩擦系数小（对钢的摩擦系数f=0.05～0.1），又具有的化学稳定性，因此得到广泛应用。但F4也有不足之处，一是冷流倾向大；二是线膨胀系数大，在低温下产生冷缩导致渗漏，造成阀杆处大量结冰，至使阀门开启失灵。为此研制的低温蝶阀采用自缩密封结构即利用F4膨胀系数大的特点，通过予留的间隙达到常温、低温都可以密封的目的。 

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