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DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應(yīng)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(dòng)球閥和低溫氣動(dòng)球閥等。這些閥門廣泛應(yīng)用于-196℃至+80℃的氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)罐及設(shè)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(yīng)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(dòng)作靈活，漏熱低等特點(diǎn)，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(yīng)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(shí)要保證其常溫的工作機(jī)械性能，也要滿足低溫下所需的機(jī)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(yīng)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?yàn)榻?jīng)過對低應(yīng)力脆性斷裂特點(diǎn)研究，對金屬斷裂機(jī)理進(jìn)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(shè)備抵抗應(yīng)力脆斷破壞的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)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(yīng)，即沒有低應(yīng)力脆斷。這是因?yàn)楫?dāng)溫度降低時(shí)，面心立方金屬的屈服強(qiáng)度沒有顯著變化，而且不易產(chǎn)生形變孿晶，位錯(cuò)容易運(yùn)動(dòng)，局部應(yīng)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(xué)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?yàn)樗鼈兙芘c氧發(fā)生燃燒爆炸。

3.3具有相對低的導(dǎo)熱性，即熱導(dǎo)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(huì)給設(shè)備的安全運(yùn)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(yīng)盡量采用熱導(dǎo)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?zé)o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(yùn)動(dòng)開啟和關(guān)閉，閥桿傳遞的作用力又使密封面達(dá)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?yàn)橛捕炔粔颍瑫?huì)導(dǎo)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(qiáng)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(qiáng)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(yīng)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(diǎn)，使低溫閥門的密封設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中占有相當(dāng)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(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)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(yīng)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(rèn)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(huì)造成泄漏并使填料函冷凍結(jié)霜，又會(huì)造成填料的進(jìn)一步泄漏失效。在航天領(lǐng)域應(yīng)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(shè)計(jì)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(shí)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(jì)算壓力時(shí)，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(yīng)用較為廣泛，尤其適合應(yīng)用在大口徑閥門中但由于其平面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(yīng)用實(shí)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?yàn)槠浼庸ぶ圃炖щy，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(jī)械強(qiáng)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?yàn)槠溆捕忍睿ǔ＞捎貌讳P鋼、銅合金、聚四氟乙烯、增強(qiáng)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(qiáng)聚四氟乙烯代替聚四氟乙烯應(yīng)用于低溫截止閥的密封面，且效果也不錯(cuò)。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(yīng)用案例摩擦副的設(shè)計(jì)

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(jī)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(yán)重影響整個(gè)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(shí)，為確保不出現(xiàn)咬死現(xiàn)象，應(yīng)選用不同材料或把摩擦副材料的硬度錯(cuò)開。

在實(shí)際設(shè)計(jì)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(jī)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(yīng)用在小口徑或很少維修的場合(因?yàn)橥舛逊e絕熱的維修成本高)，真空多層一般應(yīng)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(dǎo)和氣體傳導(dǎo)等幾種方式進(jìn)行傳遞的。要精確地計(jì)算這部分熱量很困難，工程上用總的表觀導(dǎo)熱系數(shù)來處理。

6.2機(jī)械構(gòu)件漏熱

機(jī)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(shè)計(jì)中為了降低這類構(gòu)件的漏熱在滿足構(gòu)件強(qiáng)度和剛度要求的同時(shí)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(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)雜包括冷、熱兩端之間的熱傳導(dǎo)，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(jì)算其傳熱是很復(fù)雜的。為了減少頸管部分的傳熱量，除采用低導(dǎo)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(jìn)行涂黑處理，以及對頸管外壁進(jìn)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(yīng)用案例真空腔及多層絕熱材料

在低溫閥設(shè)計(jì)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(dá)到10-3Pa以上。而為了獲得和保持這樣的真空度，在真空度達(dá)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(dǎo)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(jī)械負(fù)荷及雜質(zhì)等。

8、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應(yīng)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(dāng)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)化時(shí)就會(huì)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(jìn)行深冷處理，通常采用的方法是在液氮中浸泡1h~2h，并重復(fù)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(yīng)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(yán)格的要求。生產(chǎn)過程中，會(huì)采用專門的設(shè)備和工藝，對零件的加工進(jìn)行精細(xì)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(shí)（通常為2-6小時(shí)），以釋放應(yīng)力并確保材料的低溫性能。此外，精加工后的尺寸也需嚴(yán)格控制，以防止閥門在低溫環(huán)境下因溫度變化而變形導(dǎo)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(yán)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(yàn)流程

【 關(guān)鍵檢驗(yàn)步驟 】

在檢驗(yàn)方面，低溫閥門除了需要進(jìn)行常溫和低溫試驗(yàn)外，還需經(jīng)過其他一系列的檢驗(yàn)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(xì)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(yàn)，以確保在低溫環(huán)境下不會(huì)發(fā)生脆裂。

閥門在常溫下需進(jìn)行一系列試驗(yàn)，首*行1.5倍公稱壓力的水壓強(qiáng)度試驗(yàn)，隨后再進(jìn)行1.1倍公稱壓力的密封試驗(yàn)。完成水壓試驗(yàn)后，閥門應(yīng)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(jìn)行低溫試驗(yàn)，且必須在經(jīng)過1.5倍水壓強(qiáng)度試驗(yàn)之后進(jìn)行。閥門低溫試驗(yàn)完成后，應(yīng)采取措施防止空氣進(jìn)入，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)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(chǔ)存與運(yùn)輸注意事項(xiàng) 】

閥門入庫前，必須仔細(xì)檢查開關(guān)狀態(tài)，確保其處于正常工作狀態(tài)。在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中，不銹鋼和碳鋼類閥門應(yīng)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(shè)計(jì)單位的要求進(jìn)行仔細(xì)檢查和確認(rèn)。低溫長軸截止閥主要用于液氧（液氮、液氬）等低溫液體貯運(yùn)設(shè)備的管理系統(tǒng)，具有開關(guān)靈活、密封可靠、耐壓等特點(diǎn)。、

DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應(yīng)用案例

低溫長軸截止閥主要零部件材料：

低溫長軸截止閥主要外形連接尺寸：

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(yīng)用案例低溫閥門的安裝注意事項(xiàng)

由于低溫閥門的特殊結(jié)構(gòu)和長頸閥蓋設(shè)計(jì)，其安裝過程需要特別小心。在安裝時(shí)，應(yīng)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?yàn)榈蜏亟橘|(zhì)可能會(huì)充滿閥蓋的加長部分，導(dǎo)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(yīng)在工藝流程圖中明確標(biāo)出，并反映在管道軸測圖中。如果必要但未設(shè)置泄壓孔，閥門關(guān)閉后，閥腔內(nèi)的液體受熱氣化可能導(dǎo)致閥體爆裂；而泄壓方向裝錯(cuò)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(yán)重后果。

9、DJ61F不銹鋼加長桿低溫深冷焊接截止閥應(yīng)用案例閥門的試驗(yàn)、

為了保證低溫閥安全可靠地運(yùn)行，低溫截止閥在組裝畢后應(yīng)進(jìn)行壓力和密封試驗(yàn)，以檢驗(yàn)包括閥體與閥聯(lián)結(jié)處在內(nèi)的整個(gè)閥門的耐壓及密封性能。

殼體進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)過程和程序應(yīng)符國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于低溫閥多采用不銹鋼，水壓試用水的氯化物含量不應(yīng)超過25mg/L。閥門組裝前水壓試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)對每個(gè)零部件洗凈并清除漬，其中油污含量應(yīng)符合JB/T6896-93《空氣分離備表面清潔度》的要求。試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，合格標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)合格后進(jìn)行密封試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為設(shè)壓力。試驗(yàn)前對閥體，閥蓋的連接以及填料函、閥密封面等處進(jìn)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(yàn)合格后要進(jìn)行低溫檢驗(yàn)，為保證安全性，降低試驗(yàn)成本，低溫閥門試驗(yàn)一般用液氮試驗(yàn)。當(dāng)閥門生產(chǎn)企業(yè)不具備低溫試驗(yàn)?zāi)芰r(shí)也可在常溫密封試驗(yàn)合格后在使用單位做。試驗(yàn)一采取浸泡方式，即把整個(gè)低溫閥門浸入液氮進(jìn)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(yīng)用案例安裝調(diào)試

低溫截止閥門的各種試驗(yàn)合格后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，由使用單負(fù)責(zé)安裝并進(jìn)行整個(gè)低溫系統(tǒng)的檢驗(yàn)以及試運(yùn)行。