了解低溫閥門材料的設(shè)計要求

低溫閥的溫度等級：

國外根據(jù)各種不同氣體在常壓下的液化溫度一般分為六種溫度級。

一級為 0~-46℃；二級為-47~-60℃；三級為-61~-70 ℃；四級為-70~-101 ℃；五級為-102~-196℃；六級為-253 ℃以下。

一般將-46~-150 ℃稱為低溫，-150 ℃以下稱為超低溫。

低溫閥的材料選用：

1.低溫閥門的隔熱性能

低溫閥門的絕熱能力可以通過閥門進入低溫介質(zhì)的熱流Q1與通過的低溫介質(zhì)的質(zhì)量比來衡量。但是，當(dāng)介質(zhì)類型不變，只有流量變化時，其值會發(fā)生變化。因此，用這種方法作為評價低溫閥門隔熱能力的指標顯然是不合適的。指標KT可用于統(tǒng)一比較。

式中：P--單位時間內(nèi)進入低溫介質(zhì)的熱量，W，P=Q1/T；

αT-比例系數(shù)，考慮到低溫閥門一般在液氮中進行試驗，故取αT=0.0216；

ΔT-周圍環(huán)境溫度（20℃）與低溫介質(zhì)溫度之間的差值，℃；

DN-閥門的公稱通徑，m。

K_T值對于同一種介質(zhì)近似常數(shù)，只和閥門本身性質(zhì)有關(guān)。

2.低溫閥門的冷卻性能

低溫閥門的冷卻性能是指低溫閥門從常溫冷卻到工作溫度的能力。這一性能可以利用閥門在上述過程中所消耗的能量，即在上述過程中閥門傳給低溫介質(zhì)的熱量Q2來衡量。對于周期性工作的低溫閥門來說冷卻性能指標有著極其重要的意義。但僅僅用Q2來衡量低溫閥門冷卻性能是不夠的，可采用如下指標：

3.低溫閥門啟閉密封件的工作性能

在低溫條件下，密封件的性能往往遭到破壞，為了實現(xiàn)可靠密封，必須采用合理的密封結(jié)構(gòu)或者加大密封比壓。因此，需要對密封效果進行評價。

可以采用與泄漏量有關(guān)的參數(shù)來衡量低溫閥門的密封能力，即：

式中ΔV--在工作壽命期限內(nèi)氣體的平均滲漏量，m³/s。

4.低溫閥門表面不結(jié)冰的情況

閥門在低溫下工作時，其表面不應(yīng)結(jié)露，也不應(yīng)結(jié)冰。閥門外表面是否結(jié)冰首先取決于環(huán)境空氣溫度與零件表面溫度的差值δT1，其次取決于空氣的露點溫度。事實上，全天候條件下完全消除結(jié)露是非常困難的。但如果δT1滿足一定條件，結(jié)冰的可能性會大大降低，閥面不結(jié)冰的條件是δT1≤5℃。

表1顯示了低溫閥門的一些技術(shù)水平指標。可以看出，隨著公稱直徑的增加，閥門的性能提高。因此，Kr和Km指示器的要求應(yīng)根據(jù)不同的公稱直徑而改變。Km的值還取決于閥門的類型、閥殼的材料及其部件的結(jié)構(gòu)完善程度。一般來說蝶閥的Km指標最好，但是蝶閥的低溫密封性能不是很好，所以只用來調(diào)節(jié)介質(zhì)流量；而截止閥和閘閥的性能次之，低溫密封性能更好，所以在工業(yè)領(lǐng)域中常被用來切斷介質(zhì)。

表1氣動真空絕熱低溫閥技術(shù)水平指標

閥體、閥蓋、閥座 閥瓣(閘板)材料的選用：

這些主要零件的選材原則大致如下:溫度高于-100℃時選用鐵素體鋼；當(dāng)溫度低于-100℃時，選用奧氏體不銹鋼；設(shè)計時，根據(jù)最低使用溫度選擇合適的材料。

閥桿緊固件的材料選擇:

當(dāng)溫度高于-100℃時，閥桿和螺栓采用鎳、鉻鉬等合金鋼，適當(dāng)熱處理，提高抗拉強度，防止螺紋咬入。當(dāng)溫度低于-100℃時，采用奧氏體不銹耐酸鋼制造。然而，18-8耐酸鋼的低硬度會導(dǎo)致閥桿和填料相互摩擦，導(dǎo)致填料處泄漏。因此，閥桿表面必須鍍鉻，或氮化并鍍鎳和磷，以提高表面硬度。熱噴涂技術(shù)也可用于表面噴涂鉬、STL等耐磨耐蝕合金。為防止螺母和螺栓被打死，螺母一般用鉬鋼或鎳鋼制造，螺紋表面涂有二硫化鉬。

低溫閥門墊片和填料的選擇:

隨著溫度的降低，氟塑料的收縮很大，會降低密封性能，容易造成泄漏。石棉填料無法避免滲、漏。橡膠能使天然氣膨脹，不能在低溫下使用。在低溫閥門的設(shè)計中，一方面在結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證填料接近環(huán)境溫度，例如采用長頸閥蓋結(jié)構(gòu)，使填料箱盡可能遠離低溫介質(zhì)，另一方面在選擇填料時要考慮填料的低溫特性。低溫閥門通常使用浸有四氟乙烯的石棉填料。

柔性石墨是一種優(yōu)良的密封材料。這種材料不透氣不透液，厚度方向有10%~15%的彈性。可以用較低的緊固件壓力實現(xiàn)密封。它是自潤滑的，可以用作閥門填料，防止填料與閥門一起磨損。柔性石墨填料的溫度范圍為-200~870℃。