上海申弘閥門有限公司
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DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例
低溫閥門的種類繁多，包括低溫截止閥、低溫球閥、低溫緊急切斷閥、低溫安全閥、低溫止回閥、低溫減壓閥、低溫過濾器以及低溫電動球閥和低溫氣動球閥等。這些閥門廣泛應用于-196℃至+80℃的氣態(tài)和液態(tài)儲罐及設備中，如液氧、液氮、石油液化氣等低溫介質(zhì)。
低溫閥是一種在溫度等于或低于120K的介質(zhì)中工作的閥門。低溫閥除了應滿足一般閥門所具備性能之外，更主要的是在低溫狀態(tài)下保證密封面的封性能，動作靈活，漏熱低等特點，而其關(guān)鍵技術(shù)對漏熱的要求。因此根據(jù)絕熱方式的不同，其結(jié)構(gòu)要有堆積絕熱式、高真空絕熱、真空粉末絕熱和高空多層絕熱等多種形式。
3、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例低溫截止閥的材料
由于低溫閥工作介質(zhì)的低溫性質(zhì)，使低溫閥門對材料有許多特殊要求。
3.1材料耐低溫性能
低溫閥不僅要求在低溫下保證正常工作，同時要保證其常溫的工作機械性能，也要滿足低溫下所需的機械性能，尤其是沖擊功和相對延伸率的要求。針對以上要求，為了防止材料在低溫下的低應力脆斷，一般多采用奧氏體組織的材料，如:奧氏體不銹鋼鑄件、銅、銅合金、鋁及鋁合金等。這是因為經(jīng)過對低應力脆性斷裂特點研究，對金屬斷裂機理進行分析發(fā)現(xiàn)，金屬的低溫韌性即缺口處的金屬微觀塑性變形能力是決定設備抵抗應力脆斷破壞的關(guān)鍵。實驗表明，具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬，如銅、鋁、鎳和奧氏體類鋼基本上沒有這種溫度效應，即沒有低應力脆斷。這是因為當溫度降低時，面心立方金屬的屈服強度沒有顯著變化，而且不易產(chǎn)生形變孿晶，位錯容易運動，局部應力易于松弛，裂紋不易傳播，一般沒有脆性轉(zhuǎn)變溫度。
3.2與低溫介質(zhì)的相容性
材料與低溫介質(zhì)的相容性就是要求材料本身不能與低溫介質(zhì)發(fā)生任何物理化學變化，不能引起腐蝕及爆炸。如在氧介質(zhì)中工作的材料，不允許使用玻璃鋼作為絕熱材料，也不允許使用活性碳作為吸氣劑，因為它們均能與氧發(fā)生燃燒爆炸。
3.3具有相對低的導熱性，即熱導率相對低
低溫截止閥輸送的介質(zhì)溫度低，介質(zhì)成本高，而且介質(zhì)的突然汽化也會給設備的安全運行帶來極大危害。所以低溫截止閥對漏熱的要求較高。為了降低傳熱，在合理選擇絕熱的前提下，應盡量采用熱導率相對低的材料，以降低低溫介質(zhì)的蒸發(fā)量。
3.4在低溫無油潤滑的情況下，具有必需的硬度和耐磨性
閥門依靠閥桿的運動開啟和關(guān)閉，閥桿傳遞的作用力又使密封面達到一定的密封力。這就要求制作截止閥零部件的材料必須有一定的硬度和耐摩性。鋁和鋁合金在低溫截止閥中的使用有一定的限制，主要是因為硬度不夠，會導致密封表面比鋼和黃銅失效得更快[1]。 目前使用較多的金屬材料有：不銹鋼、銅合金、鋁合金、鎳合金等;非金屬材料有:玻璃鋼、聚四氟乙烯、增強聚四氟乙烯、聚酰亞胺、石棉繩、橡膠等，其中玻璃鋼大多作為熱橋零件，而聚四氟乙烯、增強聚四氟乙烯、聚酰亞胺多作為密封面材料，石棉繩、橡膠、填料等多作為閥桿密封材料。
4、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例低溫截止閥的密封
低溫介質(zhì)的成本以及危害性等特點，使低溫閥門的密封設計在整個設計過程中占有相當重要的位置要求在一定工作條件下不能泄露，低溫截止閥的密封要包括閥桿密封和密封面密封。
4.1閥桿密封
目前低溫截止閥的閥桿密封有填料函和波紋管兩種其中在成批生產(chǎn)的空氣分離裝置上的閥門，其閥桿多采用填料函密封結(jié)構(gòu)。在有毒易燃易爆氣體介質(zhì)中工作的閥門，閥桿可以采用波管密封，但在大于等于80MPa的高壓氣體中，由波紋管不能承受如此高的外壓，只能采用填料函密封填料函密封由于制造加工簡單、維修更換方便在實際生產(chǎn)中應用相當普遍。但是為保證填料的密性能，其工作溫度一般不能低于-40℃，這就要求低溫閥門上工作的填料函裝置應盡量在接近環(huán)境溫下工作。通常情況下，填料不結(jié)霜即認為其處于正的工作狀態(tài)，但如果由于填料本身或工作壽命的原使填料不密封，則低溫氣體通過填料就會造成泄漏并使填料函冷凍結(jié)霜，又會造成填料的進一步泄漏失效。在航天領域應用的很多低溫閥門系列中，由于成原因大多采用了填料函密封結(jié)構(gòu)，而為了確保閥桿填料函的溫度，均采用了加長閥桿長度的方法，所造成這些低溫閥的尺寸均比較大。
波紋管密封截止閥多用于介質(zhì)不允許微量泄漏和不適填料的場合。在波紋管的設計中，其壽命是關(guān)鍵，波紋管的壽命與其行程大小和初始安裝狀態(tài)有關(guān)。保證波紋管截止閥的使用壽命，在行程一定的情況下，安裝波紋時要保證其不承受附加外力的作用;在工作狀態(tài)下由于波紋管承受的是外壓，其工作狀態(tài)較好，但由低溫閥門的快速關(guān)閉或管道中可能存在的氣穴都可能引水擊。因此在波紋管承受的計算壓力時，要加上定的安全系數(shù)，并盡可能使波紋管避免直接承受水擊。
4.2密封面密封
低溫閥門密封面的結(jié)構(gòu)大體上分為平面、錐面球面、刀形等密封形式。其中平面密封由于加工造簡單應用較為廣泛，尤其適合應用在大口徑閥門中但由于其平面結(jié)構(gòu)的特點使其密封力比較大，需要操作力也較大。錐面和球面密封副在小口徑閥門中用較為廣泛，有很好的應用實例。由于是錐面形式，所需密封力和操作力比較小，但在大口徑閥門中很少用，不僅因為其加工制造困難，而且在低溫狀態(tài)下由材料收縮、材料金相組織變化和加工誤差等多種因素作用，使密封面在低溫下容易失去密封性能而造成閥泄漏。
對于制作密封面(閥頭-閥座)的材料，不僅要求其有一定的機械強度，更重要的是要保證較高的表面硬度。密封面的材料一般不采用鋁和鋁合金，因為其硬度太差，通常均采用不銹鋼、銅合金、聚四氟乙烯、增強聚四氟乙烯、聚酰亞胺等材料(聚碳酸脂也可用做密封面材料，但沒有成熟的使用數(shù)據(jù))。隨著發(fā)展，開始嘗試使用增強聚四氟乙烯代替聚四氟乙烯應用于低溫截止閥的密封面，且效果也不錯。對以上閥頭-閥座的配對材料中，為了保證密封性能，一定要注意表面粗糙度的選擇。
5、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例摩擦副的設計
低溫閥門經(jīng)常使用的殼體和閥桿材料主要是0Cr18Ni9不銹鋼材料。不銹鋼材料在低溫下的總體機械性能得到了提高，只是δ5、AKV值有所降低，且在常溫狀態(tài)下摩擦部分極易出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。低溫閥中摩擦副將嚴重影響整個閥門工作的可靠性，且為了防止污染低溫介質(zhì)，不允許使用防止零件磨損和咬死的潤滑劑。低溫閥門在常溫狀態(tài)工作時，為確保不出現(xiàn)咬死現(xiàn)象，應選用不同材料或把摩擦副材料的硬度錯開。
在實際設計中，通常采用0Cr18Ni9-黃銅，但0Cr18Ni9-2Cr13摩擦副最好不要相配合。
6、閥門的漏熱
在低溫閥門中，由于介質(zhì)成本較高，閥門漏熱是關(guān)鍵問題。通過閥門的漏熱主要有2部分:通過閥門殼體的漏熱和機械構(gòu)件的漏熱。
6.1通過閥門殼體的漏熱
為了降低通過閥門殼體的漏熱，一般采用外堆積絕熱和真空(多層)絕熱方式。外堆積絕熱一般應用在小口徑或很少維修的場合(因為外堆積絕熱的維修成本高)，真空多層一般應用在大口徑和液氫、液氦的低溫截止閥門中。在真空型的絕熱體中，熱量通過絕熱體是以輻射、固體傳導和氣體傳導等幾種方式進行傳遞的。要精確地計算這部分熱量很困難，工程上用總的表觀導熱系數(shù)來處理。
6.2機械構(gòu)件漏熱
機械構(gòu)件漏熱分為兩種情況:沒有冷氣冷卻的構(gòu)件和有冷氣冷卻的構(gòu)件。在設計中為了降低這類構(gòu)件的漏熱在滿足構(gòu)件強度和剛度要求的同時可以采取加長構(gòu)件長度、減小構(gòu)件截面積的方法來降低漏熱量;或者允許的前提下將構(gòu)件分段，一端以球頭接觸來增大觸熱阻(同時段與段之間也可以加放隔熱墊)，該法通常用于降低閥桿漏熱;另外還可以通過采用導系數(shù)較小的材料來降低漏熱量，該方法通常用于降閥門支撐件的漏熱，支撐件材料一般采用導熱系數(shù)為0·25W/(m·K)~0.45W/ (m·K)的玻鋼。支撐形式在工程上常有三角形、正方形、球環(huán)等結(jié)構(gòu)形式。有冷氣冷卻的構(gòu)件，其頸管的傳熱情況比較復雜包括冷、熱兩端之間的熱傳導，冷蒸氣與頸內(nèi)壁的流傳熱，頸管外壁與絕熱層之間的傳熱以及通過頸管對液體的輻射傳熱等，精確計算其傳熱是很復雜的。為了減少頸管部分的傳熱量，除采用低導熱系數(shù)材料，減薄管壁，增加管長等措施外，增加頸管內(nèi)壁粗糙度和進行涂黑處理，以及對頸管外壁進行拋光，均可以減少其傳熱量。
7、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例真空腔及多層絕熱材料
在低溫閥設計中，為了降低閥門夾層中氣體的對流傳熱，閥門的夾層要抽成真空，真空度一般達到10-3Pa以上。而為了獲得和保持這樣的真空度，在真空度達到要求后常用吸氣劑來保持。通常用于低溫裝置的吸氣劑有活性炭(液氧閥門中除外)和分子篩。
為了降低輻射傳熱，要在真空中安裝防輻射屏。高真空多層絕熱材料由高反射性、低輻射率的屏材料和導熱系數(shù)低的間隔材料組成，常用的有:鋁箔、噴鋁滌綸薄膜、鋁箔紙、玻璃纖維布(紙)、尼龍網(wǎng)及絲綢等。影響多層絕熱的因素有:材料及其組合方式、真空度、層密度、總厚度、溫度、機械負荷及雜質(zhì)等。
8、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例閥門零部件的深冷處理
低溫閥門中一般采用不銹鋼材料作殼體，而奧氏體不銹鋼在低溫狀態(tài)下存在奧氏體組織向馬氏體組織轉(zhuǎn)化的傾向。當奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)化時就會造成體積的變化，從而使得閥門密封面可能失去密封性能而失效。為了降低這種轉(zhuǎn)化量，零部件在精加工前要進行深冷處理，通常采用的方法是在液氮中浸泡1h~2h，并重復2~3次就能滿足使用要求。
02DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例低溫閥門的制造與裝配
【 制造工藝要求 】
在制造工藝上，低溫閥門有著嚴格的要求。生產(chǎn)過程中，會采用專門的設備和工藝，對零件的加工進行精細的質(zhì)量控制。零件需經(jīng)過特殊的低溫處理，即在冷卻介質(zhì)中浸泡數(shù)小時（通常為2-6小時），以釋放應力并確保材料的低溫性能。此外，精加工后的尺寸也需嚴格控制，以防止閥門在低溫環(huán)境下因溫度變化而變形導致泄漏。
【 裝配過程的特殊要求 】
與普通閥門的裝配不同，低溫閥門的裝配過程中，零件需經(jīng)過嚴格的清洗，以去除任何油污，從而確保其使用性能。
03低溫閥門的檢驗流程
【 關(guān)鍵檢驗步驟 】
在檢驗方面，低溫閥門除了需要進行常溫和低溫試驗外，還需經(jīng)過其他一系列的檢驗流程。低溫閥門的關(guān)鍵部件均需經(jīng)過深冷處理。深冷處理的詳細步驟，我們將在后續(xù)的討論中深入探討。以下是一張展示閥門深冷處理過程的圖片。閥門的主要零件及焊縫都必須接受低溫沖擊試驗，以確保在低溫環(huán)境下不會發(fā)生脆裂。
閥門在常溫下需進行一系列試驗，首*行1.5倍公稱壓力的水壓強度試驗，隨后再進行1.1倍公稱壓力的密封試驗。完成水壓試驗后，閥門應清除內(nèi)部水分和油脂，并保持干燥狀態(tài)。每批低溫閥門都需要按比例進行低溫試驗，且必須在經(jīng)過1.5倍水壓強度試驗之后進行。閥門低溫試驗完成后，應采取措施防止空氣進入，以確保測試結(jié)果的準確性。閥門自然升溫后，需重新緊固所有緊固件，以確保其密封性能。
【 儲存與運輸注意事項 】
閥門入庫前，必須仔細檢查開關(guān)狀態(tài)，確保其處于正常工作狀態(tài)。在儲存和運輸過程中，不銹鋼和碳鋼類閥門應分開存放，并采取防塵、防水、防油和防碰傷的措施。閥門的流向、泄壓方向和銘牌等關(guān)鍵信息，必須按照設計單位的要求進行仔細檢查和確認。低溫長軸截止閥主要用于液氧（液氮、液氬）等低溫液體貯運設備的管理系統(tǒng)，具有開關(guān)靈活、密封可靠、耐壓等特點。、
DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例
序號 | 品 名 | 型 號 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 |
5 | 截止閥 | 低溫長軸截止閥 DJ61F PN25 DN40 介質(zhì)：低溫介質(zhì) | 臺 | 1 |
公稱通徑 | DN10mm～40mm |
公稱壓力 | PN4.0MPa |
適用介質(zhì) | 液氧、液氮、液氬、液化天然氣、 液態(tài)二氧化碳、乙烯、丙烯、丙烷等 |
適用溫度 | -196℃～+80℃ |
低溫長軸截止閥主要零部件材料：
閥體 | ZG0Cr18Ni9 |
閥座、閥瓣 | HPb59-1/0Cr18Ni9 |
閥桿 | 0Cr18Ni9 |
填料、密封圈 | PTFE |
延伸套管 | 0Cr18Ni9 |
低溫長軸截止閥主要外形連接尺寸：
產(chǎn)品型號 | DJ61F-40P低溫截止閥(低溫長軸截止閥) | 重量 (kg) | |||||||
產(chǎn)品代號 | 通徑 DN(mm) | 尺 寸(mm) | |||||||
A | H開 | H關(guān) | L | D1 | D2 | D | |||
DJ61F-40P | 10 | 70 | 258 | 250 | 8 | 10 | 14.5 | 65 | 1.36 |
DJ61F-40P | 15 | 70 | 258 | 250 | 8 | 15 | 18.5 | 65 | 1.58 |
DJ61F-40P | 20 | 90 | 322 | 310 | 8 | 20 | 25.5 | 100 | 2.22 |
DJ61F-40P | 25 | 90 | 322 | 310 | 8 | 25 | 32.5 | 100 | 2.38 |
DJ61F-40P | 32 | 100 | 390 | 370 | 10 | 32 | 38.5 | 120 | 4.68 |
DJ61F-40P | 40 | 100 | 390 | 370 | 10 | 40 | 48.5 | 120 | 4.80 |
DJ61F低溫長軸截止閥結(jié)構(gòu)圖紙：
04DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例低溫閥門的安裝注意事項
由于低溫閥門的特殊結(jié)構(gòu)和長頸閥蓋設計，其安裝過程需要特別小心。在安裝時，應確保閥桿方向在垂直向上45度角的范圍內(nèi)，并盡量避免安裝在垂直管線上。這是因為低溫介質(zhì)可能會充滿閥蓋的加長部分，導致閥門填料失效，甚至可能將冷量傳給閥門手柄，給操作人員帶來安全隱患。此外，對于有泄壓結(jié)構(gòu)的低溫閥門，在安裝過程中還需特別注意閥門泄壓方向的要求。泄壓方向應在工藝流程圖中明確標出，并反映在管道軸測圖中。如果必要但未設置泄壓孔，閥門關(guān)閉后，閥腔內(nèi)的液體受熱氣化可能導致閥體爆裂；而泄壓方向裝錯則可能將可燃或有毒工藝介質(zhì)泄向操作檢修側(cè)，造成嚴重后果。
9、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例閥門的試驗、
為了保證低溫閥安全可靠地運行，低溫截止閥在組裝畢后應進行壓力和密封試驗，以檢驗包括閥體與閥聯(lián)結(jié)處在內(nèi)的整個閥門的耐壓及密封性能。
殼體進行強度試驗時，其試驗過程和程序應符國家相關(guān)標準。由于低溫閥多采用不銹鋼，水壓試用水的氯化物含量不應超過25mg/L。閥門組裝前水壓試驗結(jié)束后，應對每個零部件洗凈并清除漬，其中油污含量應符合JB/T6896-93《空氣分離備表面清潔度》的要求。試驗壓力為設計壓力的1.5倍，合格標準為:在增壓過程中無異常響聲，無泄漏宏觀上不允許有可見的異常變形。
壓力試驗合格后進行密封試驗，試驗壓力為設壓力。試驗前對閥體，閥蓋的連接以及填料函、閥密封面等處進行檢查。為了檢查低溫閥門在使用溫度下密封及操作性能，常溫密封試驗合格后要進行低溫檢驗，為保證安全性，降低試驗成本，低溫閥門試驗一般用液氮試驗。當閥門生產(chǎn)企業(yè)不具備低溫試驗能力時也可在常溫密封試驗合格后在使用單位做。試驗一采取浸泡方式，即把整個低溫閥門浸入液氮進行冷卻，液體的水平面至少掩蓋住閥體與閥蓋的連接部位，在閥門溫度穩(wěn)定后向閥門通入氦氣檢查其密封性能。
10、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應用案例安裝調(diào)試
低溫截止閥門的各種試驗合格后運輸?shù)浆F(xiàn)場，由使用單負責安裝并進行整個低溫系統(tǒng)的檢驗以及試運行。
