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如何选用低温美标闸阀

Updated: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) 阀门的最低使用温度;
        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。设计时根据最低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。

美标法兰低温闸阀

美标法兰低温闸阀

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,最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),又具有独特的化学稳定性,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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