低溫球閥系列主要適用于乙烯(xi)、液(ye)化天然(ran)氣等化工(gong)裝置上，輸出的液(ye)態低溫介(jie)(jie)質(zhi)如乙烯(xi)、液(ye)氧、液(ye)氫等。這類介(jie)(jie)質(zhi)不但易(yi)燃易(yi)爆(bao)，而且在(zai)升溫時要氣化，氣化時，體(ti)積(ji)膨(peng)脹數百倍。而且這些(xie)介(jie)(jie)質(zhi)滲透力強，易(yi)泄漏，加工(gong)制造比較(jiao)困難。
在目前(qian)的大中(zhong)(zhong)型乙(yi)烯裝置中(zhong)(zhong)，裂解氣(qi)中(zhong)(zhong)氫氣(qi)、甲(jia)烷(wan)等組分(fen)(fen)的分(fen)(fen)離多(duo)采用(yong)深冷分(fen)(fen)離；在煤制甲(jia)醇凈化(hua)裝置中(zhong)(zhong)也主要(yao)用(yong)到(dao)深冷分(fen)(fen)離技(ji)術。為滿足這一要(yao)求，低(di)溫閥門被(bei)廣泛應(ying)用(yong)，只(zhi)有(you)了解低(di)溫閥的設計(ji)要(yao)求和(he)特殊結構，在選用(yong)和(he)安裝的過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)才不會出現(xian)問(wen)題。
低(di)溫閥(fa)(fa)門(men)(men)，特別是(shi)超低(di)溫閥(fa)(fa)門(men)(men)，其工作溫度極低(di)。在設計這類閥(fa)(fa)門(men)(men)時，除了應(ying)遵循(xun)一般閥(fa)(fa)門(men)(men)的(de)設計原則外，還有一些(xie)特殊的(de)要求。
一、低溫閥門的設計要求
根據使用條件，低溫閥的設計有下列要求：
- 閥門不應成為低溫系統的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如流入過多，還會使內部流體急速蒸發，產生異常升壓，造成危險。
- 低溫介質不應對手輪操作及填料密封性能產生有害的影響。
- 直接與低溫介質接觸的閥門組合件應具有防爆和防火結構。
- 在低溫下工作的閥門組合件無法潤滑，所以需要采取結構措施，以防止摩擦件擦傷。
2 低溫閥的材料選用
2.1 低溫閥主體材料
2.1.1 主體材料選用應考慮的因素
金屬材料中除了具有面心立方晶格的奧氏體鋼、銅、鋁等以外，一般的鋼材在低溫狀態下會出現低溫脆性，從而降低閥門的強度和使用壽命。選擇主體材料時首先要選用適合于低溫下工作的材料。
鋁(lv)(lv)在低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)不會(hui)出現低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)脆性(xing)，但因鋁(lv)(lv)及鋁(lv)(lv)合金的(de)硬度不高，鋁(lv)(lv)密封面的(de)耐(nai)磨、耐(nai)擦傷性(xing)能差，所以(yi)(yi)在低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)閥門中的(de)使用(yong)有(you)一定的(de)限制，僅在低(di)(di)壓和小口徑閥中選用(yong)。除此以(yi)(yi)外(wai)，低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)閥門的(de)材料選用(yong)還應考慮以(yi)(yi)下(xia)一些因素：
- 閥門的zui低使用溫度；
- 金屬材料在低溫下保持工作條件所需要的力學性能，特別是沖擊韌性、相對延伸率及組織穩定性；
- 在低溫及無油潤滑的情況下，具有良好的耐磨性；
- 具有良好的耐蝕性；
- 采用焊接連接時還需考慮材料的焊接性能。
2.1.2 閥體、閥蓋、閥座、閥瓣（閘板）材料的選用
這些主體零部件(jian)材(cai)料的(de)選(xuan)用原則大致是(shi)：溫度(du)(du)高于-100℃時選(xuan)用鐵素體鋼；溫度(du)(du)低于-100℃時選(xuan)用奧氏體鋼；低壓及小口徑閥(fa)門可選(xuan)用銅和鋁等(deng)材(cai)料。設(she)計時根(gen)據zui低使用溫度(du)(du)選(xuan)擇適當的(de)材(cai)料。
2.1.3 閥桿及緊固件的材料選用
溫度(du)(du)高(gao)于-100℃時，閥(fa)桿和(he)(he)螺栓材料(liao)采用(yong)Ni、，Cr-Mo等合金鋼，經適當的熱處理，以提高(gao)抗拉強度(du)(du)和(he)(he)防止螺紋咬傷等。溫度(du)(du)低于-100℃時，采用(yong)奧(ao)氏(shi)體不銹耐酸(suan)鋼制造。但18-8耐酸(suan)鋼硬(ying)度(du)(du)低，會造成閥(fa)桿與填料(liao)相(xiang)互(hu)擦傷，致使填料(liao)處泄漏。所以，閥(fa)桿表面必(bi)須鍍(du)硬(ying)鉻（鍍(du)層厚0.04-0.06mm），或進(jin)行氮化和(he)(he)鍍(du)鎳磷處理，以提高(gao)表面硬(ying)度(du)(du)。
為防止螺母與螺栓(shuan)咬死，螺母一般采用Mo鋼或(huo)Ni鋼，同時在螺紋表面涂二硫化鉬(mu)。
2.2 低溫閥墊片、填料材料的選用
在(zai)低(di)(di)(di)溫(wen)閥(fa)(fa)門設計(ji)中(zhong)，一(yi)方(fang)面由結(jie)構(gou)設計(ji)來(lai)保證使填(tian)料處于接近環(huan)境溫(wen)度下(xia)(xia)工作，例(li)如，采(cai)用(yong)長頸閥(fa)(fa)蓋結(jie)構(gou)，使填(tian)料函離低(di)(di)(di)溫(wen)介質盡量遠些，另一(yi)方(fang)面在(zai)選擇填(tian)料時要考慮填(tian)料的(de)(de)(de)(de)低(di)(di)(di)溫(wen)特性(xing)。低(di)(di)(di)溫(wen)閥(fa)(fa)中(zhong)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)浸漬聚四氟(fu)乙烯(xi)的(de)(de)(de)(de)石(shi)棉(mian)(mian)填(tian)料。柔性(xing)石(shi)墨是新近發展起來(lai)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種優良的(de)(de)(de)(de)密(mi)封(feng)材(cai)(cai)料。低(di)(di)(di)溫(wen)閥(fa)(fa)門也可(ke)采(cai)用(yong)無填(tian)料的(de)(de)(de)(de)波紋管密(mi)封(feng)結(jie)構(gou)，通(tong)常(chang)情況(kuang)下(xia)(xia)使用(yong)多層波紋管。低(di)(di)(di)溫(wen)閥(fa)(fa)門用(yong)墊(dian)(dian)(dian)片必(bi)須在(zai)常(chang)溫(wen)、低(di)(di)(di)溫(wen)及(ji)溫(wen)度變化下(xia)(xia)具有可(ke)靠的(de)(de)(de)(de)密(mi)封(feng)性(xing)和(he)復(fu)原性(xing)。由于墊(dian)(dian)(dian)片材(cai)(cai)料在(zai)低(di)(di)(di)溫(wen)下(xia)(xia)會硬(ying)化和(he)降低(di)(di)(di)塑性(xing)，所以應(ying)選擇性(xing)能(neng)變化小的(de)(de)(de)(de)墊(dian)(dian)(dian)片材(cai)(cai)料。使用(yong)溫(wen)度為-200℃，低(di)(di)(di)溫(wen)zui高使用(yong)壓力3MPa時，采(cai)用(yong)長纖維白石(shi)棉(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)石(shi)棉(mian)(mian)橡膠板。使用(yong)溫(wen)度為-200℃，zui高使用(yong)壓力5MPa時，采(cai)用(yong)耐酸鋼帶夾石(shi)棉(mian)(mian)纏(chan)制(zhi)(zhi)而(er)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)纏(chan)繞式墊(dian)(dian)(dian)片，或(huo)聚四氟(fu)乙烯(xi)和(he)耐酸鋼帶繞制(zhi)(zhi)而(er)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)纏(chan)繞式墊(dian)(dian)(dian)片。柔性(xing)石(shi)墨與耐酸鋼繞制(zhi)(zhi)而(er)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)纏(chan)繞式墊(dian)(dian)(dian)片用(yong)于-200℃的(de)(de)(de)(de)低(di)(di)(di)溫(wen)閥(fa)(fa)門上(shang)比較(jiao)理想。
3、低溫閥門的特殊結構
低溫閥門主(zhu)要(yao)有(you)閘閥、截止閥、球閥、蝶(die)閥、止回閥等型(xing)式，其主(zhu)要(yao)結構(gou)與一般閥門大致(zhi)相(xiang)同。
3.1 閥體
閥體應(ying)能充(chong)分承受溫(wen)(wen)度變化而引起的膨脹(zhang)、收縮。而且閥座部位的結構不會因溫(wen)(wen)度變化而產生*變形(xing)。
3.2 閥蓋
采(cai)用長(chang)(chang)頸(jing)(jing)閥蓋(gai)結構(gou)。其目的(de)(de)(de)在于能(neng)起保(bao)護填(tian)(tian)料函(han)的(de)(de)(de)功能(neng)。因(yin)為填(tian)(tian)料函(han)的(de)(de)(de)密封性(xing)是低溫閥的(de)(de)(de)關鍵之一(yi)。該(gai)處如有泄漏。將降(jiang)低保(bao)冷效(xiao)果，導(dao)致液化氣體(ti)氣化。這是因(yin)為在低溫狀態(tai)下(xia)隨著溫度(du)的(de)(de)(de)降(jiang)低，填(tian)(tian)料彈性(xing)逐漸消失，防漏性(xing)能(neng)隨之下(xia)降(jiang)，由于介(jie)質(zhi)滲漏造(zao)成(cheng)填(tian)(tian)料與閥桿處結冰，影響閥桿正常(chang)操作，同時也會因(yin)閥桿上下(xia)移動而將填(tian)(tian)料劃(hua)傷，引起嚴(yan)重泄漏。所以低溫閥門必須采(cai)用長(chang)(chang)頸(jing)(jing)閥蓋(gai)結構(gou)形式(shi)。此(ci)外，長(chang)(chang)頸(jing)(jing)結構(gou)還便于纏繞保(bao)冷材(cai)料，防止冷能(neng)損失。
3.3 閥瓣
閘(zha)閥(fa)(fa)采用撓性閘(zha)板(ban)(ban)或(huo)開(kai)式閘(zha)板(ban)(ban)；截止(zhi)閥(fa)(fa)的平閥(fa)(fa)座(zuo)及針形(xing)閥(fa)(fa)，采用塞子形(xing)的閥(fa)(fa)瓣。這些結構形(xing)式不論溫(wen)度如何(he)變化，均能保持可靠的密封。
3.4 閥桿
閥桿需鍍(du)鉻、鍍(du)鎳(nie)磷或經氮(dan)化(hua)處理，以提高閥桿表面硬度，防止閥桿與填料(liao)(liao)(liao)、填料(liao)(liao)(liao)壓套（壓蓋(gai)）相互咬死，損壞密封填料(liao)(liao)(liao)，造(zao)成填料(liao)(liao)(liao)函泄漏(lou)。
3.5 墊片
墊(dian)片選(xuan)用要考慮墊(dian)片材料的低溫性能，如(ru)壓縮回(hui)彈(dan)性、預緊力、緊固(gu)壓力分布以及應(ying)力松弛特性等。
3.6 填料函及填料
填(tian)(tian)(tian)料函(han)(han)(han)不能與低(di)溫(wen)(wen)段(duan)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)，而設在長頸閥蓋頂端，使填(tian)(tian)(tian)料函(han)(han)(han)處于離(li)低(di)溫(wen)(wen)較遠的(de)位(wei)置，在0℃以(yi)上(shang)的(de)溫(wen)(wen)度環(huan)境下工作。這(zhe)樣(yang)，提高了填(tian)(tian)(tian)料函(han)(han)(han)的(de)密(mi)封效(xiao)果。在泄漏時(shi)，或當低(di)溫(wen)(wen)流體直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)填(tian)(tian)(tian)料造成(cheng)密(mi)封效(xiao)果下降時(shi)，可以(yi)從填(tian)(tian)(tian)料函(han)(han)(han)中(zhong)間加入潤滑脂形成(cheng)油封層，降低(di)填(tian)(tian)(tian)料函(han)(han)(han)的(de)壓(ya)差，作為輔助密(mi)封措(cuo)施。填(tian)(tian)(tian)料函(han)(han)(han)多(duo)采用(yong)帶有中(zhong)間金屬(shu)隔離(li)環(huan)的(de)二段(duan)填(tian)(tian)(tian)料結構。但(dan)也(ye)有的(de)采用(yong)一般閥門填(tian)(tian)(tian)料函(han)(han)(han)結構和閥桿能自(zi)緊的(de)二重填(tian)(tian)(tian)料函(han)(han)(han)結構等其他型式。
3.7 上密封
低溫閥(fa)都設上(shang)密(mi)封座(zuo)結構，上(shang)密(mi)封面(mian)要堆焊鈷(gu)鉻鎢硬質(zhi)合(he)金，精加(jia)工(gong)后研磨。
3.8 閥座、閥瓣（閘板）密封面
低(di)(di)(di)溫閥(fa)(fa)的關閉件(jian)采用鈷(gu)鉻(ge)鎢硬質合金堆焊結構。軟密封(feng)結構由于(yu)聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi)膨脹系數大，低(di)(di)(di)溫變(bian)脆(cui)，所(suo)以僅(jin)適用于(yu)溫度(du)高(gao)于(yu)-70℃的低(di)(di)(di)溫閥(fa)(fa)，但聚(ju)三氟(fu)乙烯(xi)可用于(yu)-162℃的低(di)(di)(di)溫閥(fa)(fa)。
3.9 中法蘭螺栓
3.9.1 螺栓應有足夠的強度，這是因為螺栓在反復載荷下工作，常會因疲勞而產生斷裂。
3.9.2 因螺栓在螺紋根部易引起應力集中，所以采用全螺紋結構的螺栓。
3.10 預防(fang)異(yi)常(chang)升壓的措施
閥(fa)(fa)門關(guan)閉(bi)后(hou)，閥(fa)(fa)腔(qiang)內會(hui)殘(can)留(liu)一些液(ye)體(ti)。隨著(zhu)(zhu)時間的(de)(de)增加(jia)，這(zhe)些殘(can)留(liu)在閥(fa)(fa)腔(qiang)里的(de)(de)液(ye)體(ti)會(hui)漸漸吸收大氣中的(de)(de)熱(re)量，回升(sheng)到常溫(wen)并重新氣化(hua)。氣化(hua)后(hou)，其體(ti)積激劇(ju)膨脹(zhang)，約增加(jia)600倍(bei)之(zhi)多，因(yin)而產生*的(de)(de)壓力，并作用于閥(fa)(fa)體(ti)內部。這(zhe)種情況稱(cheng)為異(yi)常升(sheng)壓，這(zhe)是低(di)溫(wen)閥(fa)(fa)門特有的(de)(de)現(xian)象。發(fa)(fa)生異(yi)常升(sheng)壓現(xian)象時，會(hui)使閘(zha)板緊壓在閥(fa)(fa)座上，導致閘(zha)板不能(neng)開(kai)啟。這(zhe)時，高壓會(hui)將中法蘭(lan)墊片沖(chong)出或沖(chong)壞填(tian)料；也可(ke)能(neng)引起(qi)閥(fa)(fa)體(ti)、閥(fa)(fa)蓋變(bian)形(xing)，使閥(fa)(fa)座密(mi)封性顯著(zhu)(zhu)下降；甚至(zhi)閥(fa)(fa)蓋破裂(lie)，造成(cheng)嚴重事故。為防止異(yi)常升(sheng)壓現(xian)象發(fa)(fa)生，一般低(di)溫(wen)閥(fa)(fa)門在結構上采用以(yi)下措施：
3.10.1 設置(zhi)(zhi)泄(xie)壓(ya)(ya)孔(kong)，又稱壓(ya)(ya)力平(ping)衡(heng)孔(kong)或排氣孔(kong)，即(ji)在(zai)彈(dan)性閘板(ban)或雙閘板(ban)進(jin)口(kou)(kou)側(ce)(ce)鉆一小孔(kong)，作為閥(fa)(fa)體(ti)(ti)內腔和進(jin)口(kou)(kou)側(ce)(ce)的(de)壓(ya)(ya)力平(ping)衡(heng)孔(kong)。當閥(fa)(fa)腔壓(ya)(ya)力升高時(shi)，氣體(ti)(ti)可以通(tong)過小孔(kong)排出。這種方法比較簡單，目前已被廣泛采用。采用泄(xie)壓(ya)(ya)孔(kong)防(fang)止異常升壓(ya)(ya)，在(zai)閥(fa)(fa)體(ti)(ti)設計時(shi)，應有(you)(you)指示流體(ti)(ti)流向(xiang)的(de)箭頭；安裝時(shi)，要注(zhu)意(yi)泄(xie)壓(ya)(ya)孔(kong)的(de)位置(zhi)(zhi)，保(bao)證(zheng)泄(xie)壓(ya)(ya)孔(kong)通(tong)向(xiang)介質進(jin)口(kou)(kou)的(de)一側(ce)(ce)，泄(xie)壓(ya)(ya)孔(kong)開設在(zai)閘板(ban)上時(shi)，更要注(zhu)意(yi)。泄(xie)壓(ya)(ya)孔(kong)開設的(de)位置(zhi)(zhi)視閥(fa)(fa)門結構而(er)定，有(you)(you)的(de)在(zai)閥(fa)(fa)體(ti)(ti)上；有(you)(you)的(de)在(zai)閘板(ban)上。
3.10.2 在閥(fa)(fa)(fa)門(men)上設置引出管或(huo)安裝(zhuang)(zhuang)安全(quan)(quan)閥(fa)(fa)(fa)以排出異常(chang)高壓。一般是(shi)在閥(fa)(fa)(fa)蓋上裝(zhuang)(zhuang)一只(zhi)安全(quan)(quan)閥(fa)(fa)(fa)。當壓力升高到(dao)某一定(ding)值時，安全(quan)(quan)閥(fa)(fa)(fa)開啟，排放出異常(chang)高壓，保證閥(fa)(fa)(fa)體安全(quan)(quan)。也可在閥(fa)(fa)(fa)體下部安裝(zhuang)(zhuang)排氣閥(fa)(fa)(fa)，將閥(fa)(fa)(fa)體中(zhong)腔內的(de)殘(can)液排盡(jin)，以預防異常(chang)升壓的(de)發生。
4 低溫閥的安裝要求
了解了低(di)溫閥的設計要求及特殊結構，在(zai)具體的安裝過程(cheng)中(zhong)要遵循(xun)如(ru)下原則(ze)：
4.1 當(dang)流體(ti)是液(ye)體(ti)時，低溫(wen)閥(fa)(fa)(fa)的(de)閥(fa)(fa)(fa)桿(gan)應向上安裝，防止閥(fa)(fa)(fa)門(men)關閉后，閥(fa)(fa)(fa)腔(qiang)內會殘留一些液(ye)體(ti)，液(ye)體(ti)氣化造(zao)成異常升壓，閘(zha)板無法開(kai)啟。而且低溫(wen)閥(fa)(fa)(fa)的(de)閥(fa)(fa)(fa)桿(gan)較(jiao)長，安裝時應引起重視。
4.2 有泄壓孔的低溫閘閥，應在閥(fa)體上標(biao)(biao)記(ji)泄壓孔方向，并注意標(biao)(biao)記(ji)不應被(bei)保冷層覆蓋。
