低溫閥是一種在低溫介質中工作的閥(fá)門。随(suí)着現代科技的發展,低溫(wēn)工程(chéng)制品的生産規模不斷擴大,液氧、液(yè)氮以及液(yè)化石油氣等得到廣泛的應用。尤其是(shì)液化天然氣越來越受到世界各國的重視。液化氨的(de)溫度-269℃,液氫的溫度-254 ℃,液化氦的溫度-196 ℃,液氧的溫度-183 ℃,液化天然(rán)氣的溫度(dù)-162 ℃,以上物質(zhì)的液化分餾,運輸和儲存都需要使用大量的(de)低溫閥門。低溫閥門的用途越來越廣,需求越來越大,對低溫(wēn)閥的技術性能和工作特性的要求(qiú)也在不斷提高。
低溫閥的溫度等級:
國外根據各種不同(tóng)氣體在常(cháng)壓下的液化溫度一般分為六種溫度級(jí)。
一級為 0~-46℃;二(èr)級為-47~-60℃;三級為-61~-70 ℃;四級為-70~-101 ℃;五級為-102~-196℃;六級為-253 ℃以下。
一般(bān)将-46~-150 ℃稱為低(dī)溫,-150 ℃以(yǐ)下稱為超低溫。
低溫閥的材料(liào)選用(yòng):
低溫閥(fá)門的一般設計要求:
低溫閥門工作條件苛刻,其工(gōng)作介質大部分為易燃、易爆、shentou性強的物質,zui低工作溫度可達(dá)-269℃,zui高使用壓力達10MPa。因此,低溫閥門(mén)的設計、制造、檢驗與通用閥門相比(bǐ)有很大(dà)的區别。一般,根據低溫(wēn)閥門(mén)的使用工況,對設計工作提出以下幾點(diǎn)要求:
1)閥門(mén)及其組合(hé)件在低溫(wēn)介質及周圍環境溫度下應具有長時間工作的能力(一般為(wéi)10年或是3500~5000次(cì)循環);
2)閥門相對于低溫介質,不應成為一個顯著熱源,這是因為熱量的(de)流入會降低熱效率,而且熱量流入過多(duō),還可能使閥(fá)門内部的低溫介(jiè)質汽化,産生異常升(shēng)壓,造成危險;
3)低(dī)溫介質不應對手輪的操作性能和填料的密封性能(néng)産生有(yǒu)害影響;
4)直接和低溫介質接觸的閥門組合件的結構應當符合相關的防爆和防火要求;
5)在低溫狀态下工作的閥門(mén)組合件不能潤滑,所以需要(yào)采(cǎi)取措施,防止摩擦部件被擦傷。
上述要求應當貫穿低溫閥門(mén)設計過程的始終,另(lìng)外應當注意(yì)到上述(shù)要求是對(duì)低溫(wēn)閥門特有的要求,在低溫閥門的設計過(guò)程中還應當同時遵守相(xiàng)關的通用閥門的要(yào)求。
低溫閥門技術水平的評價指标:
在低(dī)溫閥門設計過程中,除了需要考慮低溫(wēn)閥門的流通能力和流道(dào)阻力等一般性要求外,還(hái)需要考慮一些其他指标(biāo),以便geng好地對低溫閥門的(de)技術水平進行評價。通常通過衡量能量(liàng)消耗是否合理來對低(dī)溫(wēn)閥門的技術水平進行評價,其主(zhǔ)要評價指标有以下幾(jǐ)項。
1.低溫閥門(mén)的絕熱性能
可以利用閥門進入低(dī)溫介質(zhì)的熱流流量Q1與所通過的低(dī)溫介質的質量比(bǐ)來衡量低溫閥(fá)門的絕熱能力(lì)。但在介質種類不(bú)變,僅流速發生變化時,其值就會變化,因(yīn)此用(yòng)這種方法作為評價低溫閥門絕熱能力的指标顯然是不合适的(de)。可以采用指标KT作(zuò)統一(yī)比較。
式中:P--單位時間内進入低溫介質的熱量,W,P=Q1/T;
αT-比例(lì)系數,考慮(lǜ)到低溫閥門一般在液(yè)氮中進(jìn)行試驗,故(gù)取αT=0.0216;
ΔT-周圍環境溫度(20℃)與低溫介質溫度(dù)之間的差值,℃;
DN-閥門的公稱通徑,m。
KT值對于同一種介質近(jìn)似常(cháng)數,隻和(hé)閥門本身(shēn)性質有關。
2.低溫(wēn)閥門的冷卻性能
低溫閥門的冷卻性能是指低溫(wēn)閥門從常溫冷卻到工作(zuò)溫度的能力。這一性能可以利用閥門在上述過程中所消耗的能量,即在上述過程中閥(fá)門傳給低(dī)溫介質的熱量Q2來衡量。對于周期性工作的(de)低溫閥門(mén)來(lái)說冷卻性能指标有着ji其重要的(de)意義(yì)。但僅僅用Q2來衡量低溫閥門冷(lěng)卻性能是不夠的,可采用如下(xià)指标(biāo):
3.低溫閥門啟閉密封件的工(gōng)作性能
在低溫條件下,密封件的性能往往(wǎng)遭到(dào)破壞,為了實現可靠密封,必須(xū)采用(yòng)合理的密封結構或者加大(dà)密封比(bǐ)壓。因此,需要對密封效果進行評價。
可以采用與洩漏量有關的參數來(lái)衡量(liàng)低溫閥門的密封能力,即:
式中(zhōng)ΔV--在工作壽命期限内氣(qì)體的平均滲漏量,m3/s。
4.低溫閥門表面不結冰的(de)條件
低溫(wēn)閥門工作時,其(qí)表面不應結露,geng不應結冰。閥門(mén)外表面是否結冰首先取(qǔ)決于周圍空氣溫(wēn)度(dù)和零部件表面溫度之間的差(chà)值ΔT1,其(qí)次取決于空氣的露點溫度。事實上(shàng),在全天候(hòu)條件(jiàn)下,徹(chè)底消除結露是很困難的。但是如果ΔT1滿足一定條件,結冰的可能性(xìng)就(jiù)會大大降低,則閥門表(biǎo)面不結冰的條件為ΔT1≤5℃。
表1為低溫閥門的一些技(jì)術水平指标。可(kě)以看出随着公稱直徑的zeng大,閥門的性(xìng)能有所改善。所以對Kr,Km指标的要求應當根據公(gōng)稱通徑(jìng)的不同而有所變化。Km的值(zhí)還取決于閥門的類型、閥門殼體的(de)材料及其組件的結(jié)構完善程度等要(yào)素(sù)。一般(bān)來說,蝶閥的(de)Km指(zhǐ)标zui佳,但是蝶閥的低溫密封性能不是很好,因此隻用來調節介質流(liú)量;截止閥和閘閥的性(xìng)能次之,且低溫密封性能較好,在工業現場常用來切(qiē)斷介質。
表1 氣(qì)動式真空絕熱低溫閥門(mén)技術水平(píng)指标(biāo)
閥體(tǐ)、閥蓋、閥座 閥瓣(閘闆)材料的選用:
這(zhè)些主體零件材料的(de)選用原則大緻是:溫度高(gāo)于-100℃時選(xuǎn)用鐵素體鋼;溫度(dù)低于-100℃時選用奧(ào)氏體不鏽鋼;設計時(shí)根據zui低使用溫度選擇适當的材料。
閥杆(gǎn)及緊固件(jiàn)的(de)材料選用:
溫度高(gāo)于-100℃時,閥杆和(hé)螺栓材料采用Ni、Cr-Mo等合金鋼,經适當的熱處理,以提高抗拉強度和防止螺紋咬傷(shāng)等。溫度低于-100℃時,采用(yòng)奧氏體不(bú)鏽(xiù)耐酸鋼制造。但18-8耐酸鋼(gāng)硬度低,會造成閥杆與填料相互摩擦,緻使填料處洩露。所以,閥杆(gǎn)表面必須鍍鉻,或進行氮化和鍍鎳(niè)磷處理,以提高表面硬度(dù)。還可以采用熱噴塗工藝,表面噴塗钼、STL等耐磨(mó)、耐腐蝕合金。為防止螺母與螺栓咬死,螺母一般采用Mo鋼或Ni鋼,同時在螺紋表面塗二硫化钼。
低溫閥墊片、填料材料的選用:
随着溫度降低,氟塑料收縮量很大,會使密封性能下降,容易引起洩漏。石棉填料無法避免shentou洩漏。橡(xiàng)膠對天然(rán)氣有泡脹性,在低溫下不可(kě)采用。在(zài)低溫閥門設計中,一方面由結構(gòu)設計來保證使填料(liào)處于接(jiē)近環境溫(wēn)度下工作,例如:采用長(zhǎng)頸閥蓋結構,使填料函離低溫介質盡量遠些,另(lìng)一(yī)方面在(zài) 選擇填料時要考慮填料的低溫(wēn)特性。低溫(wēn)閥門一般采用浸漬四氟乙烯的石棉(mián)填料。
柔性石墨是一種優良的密(mì)封材料。這(zhè)種材料(liào)對氣體、液體均不shentou,在厚度方向有10%~15%的彈性,較低的緊固件壓力就(jiù)可以達到(dào)密封。他有自潤滑性,用作閥門填料可以防(fáng)止填料與閥門的磨損。柔(róu)性石墨填料的使(shǐ)用溫(wēn)度範圍為-200~870℃.
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