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低温阀门标准与产品结构材料选择
2015-02-02 丨 点击次数:5236

 低温阀门包括低温球阀低温闸阀低温截止阀低温安全阀低温止回阀低温蝶阀,低温针阀,低温节流阀,低温减压阀等,主要用于乙烯,液化天然气装置,天然气LPG LNG储罐,接受基地及卫星站,空分设备,石油化工尾气分离设备,液氧、液氮、液氩、二氧化碳低温贮槽及槽车、变压吸附制氧等装置上。输出的液态低温介质如乙烯、液氧、液氢、液化天然气、液化石油产品等,不但易燃易爆,而且在升温时要气化,气化时,体积膨胀数百倍。

液化天然气阀门的材料非常重要,材质不合格,会造成壳体及密封面的外漏或内漏;零部件的综合机械性能、强度和钢度满足不了使用要求甚至断裂。导致液化天然气介质泄漏引起爆炸。因此,在开发、设计、研制液化天然气阀门的过程中,材质是首要关键的问题。

经过多年制造,已积累了丰富的经验,从设计、工艺到制造日趋成熟,并已开发形成了低温阀门的系列产品。

 

低温阀门其他参数

→阀体轻、尺寸小。为了减少阀体的热损失,特别是为了保证阀门超低温下的使用,特意设计成重量轻、尺寸小的阀体。

→长轴阀有。低温流体流经的阀,采用长阀杆形式,可以避开外部热的作用使压盖保持常温,以防止盖密封件的性能降低。此长度是通过计算、试验而得出的最佳长度。

→理想的阀座。软密封构造:在SW、BW形式下,阀体不能从配管上拆下为了不换修阀体阀座采用软接触阀座。阀芯密封采用低温特性稳定性好的含有15%玻璃纤维的特氟陲或戴氟隆,还可根据需要自行更换。硬金属密封构造:金属密封用于闸阀及有防火要求的阀上。是在阀座的接触面加上钨铬钴合金金属衬套,提高表面硬度,提高防烧伤及耐磨性能。

→气化升压构造闸阀采用挠性构造,实行全部密闭。因此,此时阀体内部的液化气体被密封,在吸收了外部热量温度上升时,就会出现再气化现象,引起阀门内部升压。为了防止此种现象,采用了在阀芯上开设减压孔的构造。耐久性出色的压盖填料在压盖部位采用耐久性好的特氟隆环形填料。此填料可依靠内压具有自压密封性能,因此,用较小的紧固力矩就可轻松地进行控制。且摩擦力小,因此操作轻便。

→垫片是使用了含有具有稳定密封性的陶瓷填充材料的特氟隆材质。另外,还使用具有对于常温、低温频繁转换的及对温度变化密封稳定性的缠有涡旋形金属表面的垫片。

低温阀门产生泄漏的原因,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。

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。因此可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。

 

阀门低温试验参考方法:

1.试验前的准备

*清除阀门零件的油渍,将它们擦干净并在干净,没有灰尘和油渍的环境下将阀门装配好;

*将螺栓拧紧到预定的力矩值和拉力值,并记录下该值;

*用合适的热电偶与阀门连接,从而能在整个试验过程中监控阀门的温度。

2.试验

*将阀门安装在试验容器内并连接好,要确保阀门填料处在容器顶部没有汽化气体的位置

*在室温下用规定介质气体以最大阀座试验压力进行初始的系统验证试验,以确保阀门是在合适的状态下,然后开始进行试验

*将阀门浸入液氮中进行冷却,液体的水平面至少淹住阀体与阀盖的连接部位,在整个冷却过程中一直向阀门提供氦气。在冷却过程中,用安装在适当位置上的热电偶对阀门的温度进行监控。

**阀门在试验温度下达到稳定。用热电偶测定温度以确信阀门的温度达到均匀。

**在试验温度下用氦气以最大阀座试验压力进行初始的验证试验

**在阀门的进口侧进行阀座压力试验,能够双向密封的阀门,对两个阀座分别进行试验。

使阀门处在开启位置,关闭阀门出口侧的针形阀,将阀腔中的压力升至阀座试验压力。将该压力保持规定的要求,检查阀门填料处及阀体与盖连接处是否泄漏,应无泄漏。

使阀门恢复室温,再进行常温密封试验:

试验完成后,将阀门清洁、吹干,检查合格后出厂

 

低温阀门试验设备

1.低温阀试验装置

2.液氮储存装置

3.低温处理槽

4.低温试验台,以保证阀门在低温工况条件下的性能

 

低温阀门材料选择

1.阀体、阀盖采用:LCB(-46℃)、LC3(-101℃)、CF8(304)(-196℃)

2.闸板:不锈钢堆焊钴基硬质合金

3.阀座:不锈钢堆焊钴基硬质合金

4.阀杆:0Cr18Ni9

 

低温阀门主体材料

 

低温阀门材料非常重要,材质不合格,会造成壳体及密封面的外漏或内漏;零部件的综合机械性能、强度和钢度满足不了使用要求甚至断裂。

1.低温阀门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。在低温工作的材料要保证低温阀门的低温性能,主要是保证其冷冲击强度。低温阀门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℃)。

 

除此以外,低温阀门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;

 

2.阀体、阀盖、阀座、阀瓣(闸板)材料的选用

 

低温阀门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

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。

 

低温阀门标准与产品结构

1.设计:API6D、JB/T7749

2.阀门常规检查和试验:按API598标准。

3.阀门低温检查和试验:按JB/T7749。

4.驱动方式:手动、伞齿轮传动及电动驱动装置。

5.阀座形式:阀座采用焊接结构,密封面堆焊钴基硬质合金,保证阀门的密封性能。

6.闸板采用弹性结构,在进压端设计卸压孔。

7.单向密封的阀门阀体上标有流向标志。

8.低温球阀、闸阀、截止阀,蝶阀采用长颈结构,以保护填料。

9.超低温球阀标准:JB/T8861-2004

 

低温阀门试验和检验

对低温阀的主要零部件作低温处理并每批抽样作低温冲击试验,以保证阀门在低温工况时不脆裂,经得起低温介质冲击。

对每台阀门进行以下试验:

1.常温壳体强度试验;

2.常温低压上密封试验;

3.常温低压密封试验;

4.低温上密封气密试验(有上密封时);

5.低温气密封试验等,以确保整台低温阀门符合标准的规定;

6.对低温阀的主要零部件作低温处理并每批抽样作低温冲击试验,以保证阀门在低温工况时不脆裂,经得起低温介质冲击;

7.低温(深冷)阀门均按相应材料规范进行低温处理和冲击试验

8.搞静电功能更加强大,阀体与阀杆或内件与阀体间导通电阻小于1欧姆。

 

低温阀门产品规格和设计参数

1.压力等级:150、300、600Lb、900LB、1500LB(45MPa)

2.阀门通径:15~1200 mm ( 1/2~48" )。

3.连结形式:法兰式、焊接式、螺纹。

4.阀门材料:LCB、LC3、CF8。

5.工作温度:-46℃、-101℃、 -196℃、-253℃

6.适用介质:液化天然气、乙烯、丙烯等。

7.驱动方式:手动、伞齿轮传动、电动。

 

低温阀门制造和试验

低温阀门的生产制定了严格的制造工艺和采用专用设备,对零件的加工进行严格的质量控制。经特殊的低温处理,将粗加工的零件置于冷却介质中数小时(2-6小时),以释放应力,确保材料的低温性能,保证精加工尺寸,以防阀门在低温工况时,因温度变化造成变形而导致的泄漏。阀门的装配与普通阀门也不同,零件需经过严格的清洗,除去任何油污,以保证使用性能。

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