超低温深冷截止阀低温试验

      低温阀门的主要品种有：截止阀低温阀门一般都采用长颈阀盖结构，以保证填料函底部温度保持在0℃以上，防止填料冻结。结构设计时应考虑由于温度变化引起的结构变形和介质异常升压现象，以保证密封性能和强度安全为主要原则。低温阀门材料选择要依工作温度而定，一般来说，-100℃以上，主体材料采用低温碳钢，-100℃以下要选择奥氏体不锈钢。密封和紧固件也要依据工作温度的不同，选择合适的材料以保证有效的机械性能。

      低温截止阀适用于低温液体贮运设备的管理系统，具有开关灵活、密封可靠的特点，也可用于其他低温和深冷介质的管理系统。常温截止阀是指介质的使用温度-40~+500度之间，阀体的材料也不一样。低温截止阀主要是指介质使用温度在-196~-150度的低温液态介质系统中的截止阀。低温阀门，特别是超低温阀门，其工作温度极低。在设计这类阀门时，除了应遵循一般阀门的设计原则外，还有一些特殊的要求。

一、 超低温深冷截止阀低温试验的设计要求:根据使用条件，低温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。

二、 超低温深冷截止阀低温试验的材料选用

1、低温阀主体材料

(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，所以在低温阀门中的使用有一定的限制，仅在低压和小口径阀门中选用。

  2.2　 超低温深冷截止阀低温试验阀门低温试验装置

        阀门低温试验装置主要用来进行低温阀门零部件深冷处理和阀门低温型式试验。

        有关标准规定，工作温度低于-100℃的低温阀门，其主要零部件在精加工前应进行深冷处理，目的是减少由于温差和金相组织改变而产生的变形。低温试验主要是检验在低温工作环境下，低温阀门的整机性能，这是一项要定期进行的工作。

        目前，低温环境主要是通过热力循环或低温介质（通常是低温液体吸收气化潜热）方式获得，但-100℃以下的深冷环境通常只能通过低温液体浸渍法获得，由于液氮的温度位合适（-196℃）、来源广泛、无污染、价格便宜而得到广泛应用。采用液氮作为冷媒介质时，可以通过加入一定比例的酒精来获得不同的温度位。

 超低温深冷截止阀低温试验产品特点

与介质接触的阀门零件在精加工前均按规范的要求进行严格的低温处理，保证阀门零件能充分承受温度变化而引起的膨胀、收缩，且阀座部分的结构不会因温度变化而产生变形；

采用能保护填料函的长颈阀盖结构；

采用无论温度如何变化均能保持可靠密封的阀瓣，阀瓣采用锥形阀瓣；

采用上密封座堆焊钴铬钨硬质合金结构，避免不锈钢材料相互咬死；

采用钴铬钨硬质合金堆焊结构的阀座、阀瓣密封面；

介质流向为低进高出（从阀瓣下端流入）；

阀杆表面渗氮硬化处理，防止阀门启闭过程中的表面擦伤影响密封性能；

填料可按用户要求选用低泄漏填料，确保阀门填料处的泄漏满足环保要求；

可按用户要求提供焊接袖管；

可按用户要求提供绝缘板（滴水板）。

可按用户要求采用低泄漏设计，详细技术规格请参阅低泄漏样本。

   3　 超低温深冷截止阀低温试验深冷处理与低温试验

        3.1　深冷处理

        深冷处理工艺在阀门行业主要适用于工作温度低于-100℃的超低温阀门零部件，在这个温度段的用材主要以F304、F304L、F316和F316L等Cr-Ni奥氏体不锈钢为主，这些材料都属于亚稳定型不锈钢，在低温下会发生向马氏体的金相转变，由于体心立方晶格的马氏体比面心立方晶格的奥氏体具有更大的比容，低温相变后会引起体积膨胀而导致零件变形。

   此外，温度降低还会造成金属结构的收缩，由于零件各部分收缩不均匀，就产生了温度应力，当温度应力超出了材料的屈服，零件将产生不可逆的变形。深冷处理可以使相变和变形充分发生，然后，通过精加工使零件保持组织和尺寸的相对稳定。具体方法是：将零件浸放在液氮中，当温度达到-196℃时开始保温1～2h，然后取出，自然恢复到常温，重复循环2次。有关研究资料表明，深冷处理还有强化材料机械性能的效果，钢铁材料在经过深冷处理后，强度和硬度有所提高。主要是由于：（1）残余奥氏体转变为马氏体，从而提高强度和硬度；

（2）从马氏体中析出超细碳化物，从而弥散强化；

（3）组织细化，从而引起材料的强硬化。并且认为：二次深冷处理效果佳，因为第二次处理时材料仍能发生结构上的变化，但是此后的多次处理就不再有明显变化 。

        3.2　 超低温深冷截止阀低温试验低温试验

        目前，阀门低温试验所执行的标准主要是：JB/T7794、BS6364等。在低温试验前，阀门应进行去油脂和干燥处理，因为油脂和水分在低温环境下会变成坚硬的固态物质，造成阀内结构损伤。将阀门和试验装置连接好以后，在常温和大工作压力下，使用氦气做初始检测试验，确保各部位连接的紧密性。在阀门降温的过程中要保持阀内始终有氦气流通，以带走降温过程中可能形成的湿气。整个试验过程要在低温试验槽内完成，阀门整体浸入液氮或液氮与酒精的混合液中，液面高度应达到阀盖颈部位置。当各部位温度达到规定的要求时，即可开始试验。低温试验的内容主要是按有关标准要求，检测阀门在低温状态下的密封和操作性能，其间还要做若干次的开关操作，一定要注意人员的安全防护，要注意工作环境的通风和低温区域的警示、隔离。要重视对试验结束后工作场所的善后防护。宜采取手轮和阀盖轴线竖直向上安装形式。因安装空间局，手轮和阀盖轴线与垂直线最大允许偏差角度45°。

在焊接前必须清扫管道内的异物，反复确认管道内有无异物，然后再安装焊接。开袋后也可以直接就焊。（为防万一还是先确认焊接开口处的清洁状态为好，如需清扫，请先清扫后再焊接。）在进行焊接之前，请根据阀的材质、焊条的材质、电流、姿势等决定适当的条件后再作业。在焊接时不要使阀体过分受热，以防阀体变形。焊接时要使阀门处于开启状态，并用清洁的保护气体进行保护焊接。

注明:在配管时要充分考虑因低温流体所引起的阀门及管道收缩情况，不要增加阀门的受力负担。在管路排布及施焊工艺方面要安排合理，尽可能的防止空气进入阀门内部，以免当阀门流过低温流体时内部有冷凝水产生结冰现象而影响阀门动作及密封。在系统预冷后请检查螺栓螺母及填料压帽等紧固件的锁紧状况，如出现微量泄漏，系由材料遇冷收缩而引起的，可将上述紧固件在冷态下紧固。

  4　 超低温深冷截止阀低温试验深冷试验装置设计

        所讨论的低温阀门深冷试验装置设计方案基于现代测控技术，考虑了目前主要的低温阀门产品分布。方案的提出有实际的工程应用基础。主要用在-40℃~+80℃的低温和深冷介质的管道上，作流体的开关和截断之用。其由不锈钢阀体，压盖，丝杆，手轮，螺帽密封垫组合而成。阀体及所有配件均低温处理。低进高出的流道设计，将手轮逆时针旋转，带动阀杆与阀瓣向上运动，密封件离开阀座，阀门开启；将手轮顺时针旋转，带动阀杆与阀瓣向下运动，密封件压紧阀座，阀门关闭。