低温阀门的设计与安装分析

低温阀门的设计与安装分析

未翠月

浙江永盛科技股份有限公司浙江杭州311407

摘要：近几十年，随着现代科学技术的发展，工程项目中对低温阀门的需求越来越多。低温阀门在化肥、LNG及石油化工等领域使用较多。低温阀门所控制的介质除了液氮和其他液态惰性气体外，大部分介质不但易燃、易爆，而且在升温或者闪蒸时会发生气化，致使体积急剧膨胀，容易导致泄漏和爆炸。基于介质特点及适应阀门在低温下使用的要求，低温阀门的设计、制造、试验和安装方法等均与普通阀门有不同之处。

关键词：低温阀门；设计；安装

1低温阀门检测标准概论

目前国内对低温阀门的检测主要是标准依据是GB/24925-2010和BS6364：1984（R1991、R1997、R1998），由于JB/T7749-1995已经作废，不在标准讨论内。GB/24925-2010和BS6364：1984（R1991、R1997、R1998）中最主要的区别在于：1、非冷箱用阀门其填料压套加长部分的最小长度和冷箱用填料压套的加长部分的最小长度；2、低温试验时要求的不同；3、对软密封阀门的检验标准不同。

BS6364：1984（R1991、R1997、R1998）中对非冷箱用填料压套加长部分的最小长度和冷箱用填料压套的加长部分的最小长度有了明确的规定。除冷箱用阀门外，其他用途的阀门其填料压套加长部分的最小长度应为250mm。对于冷箱用阀门，应适于在地面上与地面成等于大于15°的方向上操作阀杆，此外，填料压套加长部分的最小长度应按表1的规定（除买方对填料压套的长度有特殊要求除外）。

而GB24925-2010中只要求低温闸阀、截止阀、球阀、蝶阀的阀盖应根据不同的使用温度要求设计成便于保冷的长颈阀盖结构，以保证填料函底部的温度保持在0℃以上，没有给出具体的尺寸要求。从中看出国标是以实际测试温度来评定填料压盖的加长部分是否满足标准要求。虽然我们可以从设计时材料的导热系数、导热免洗及表面散热系数、散热面积等因素计算得出填料压盖的长度，而实际测试温度容易受到试验设备、试验安装及操作等影响，从而影响到对填料压盖加长部分是否满足标准的要求的判定。所以在按国标设计的低温阀门图纸审核中，我们还是建议参考BS6364：1984（R1991、R1997、R1998）对填料压套加长部分的最小长度的设计。

2低温阀门的材料选择

低温阀门的工作介质不仅温度低，而且大部分或有毒，或易燃、易爆，而且渗透性强，因此决定了对阀门用材的诸多特殊要求。在低温状态下钢的机械性能与常温时不同，低温用钢，除强度外，最重要的指标就是其低温冲击韧性。材料的低温冲击韧性与材料的脆性转变温度有关，材料的脆性转变温度愈低，材料的低温冲击韧性愈好。碳钢等体心立方晶格的金属材料存在低温冷脆现象，而奥氏体不锈钢等面心立方晶格的金属材料其冲击韧性基本不受低温影响[3]。

低温阀门阀体、阀盖等耐压零件的材料，通常采用低温强度好的韧性材料，同时还要考虑焊接性、机加工性能、稳定性和经济性等因素。工程公司设计时，最常用的是-46℃、-101℃和-196℃三个低温级别。-46℃低温级一般选用低温碳钢，-101℃和-196℃低温级一般选用300系列奥氏体不锈钢，这种不锈钢有适中的强度、较好的韧性和较好的加工性能等。

3低温阀门的结构设计

3.1阀盖结构设计

阀盖结构形体主要设计为长颈结构，这种结构具有良好的保冷性能。相关的标准文件也对几种低温阀门的阀盖结构形式进行了明确规定，在长颈结构保冷过程中，填料函底部温度不会过冷，不会使液体冷凝。填料函结构不应处于低温区，相关人员还要通过调整阀盖结构长度来改善填料函结构的状态与温度，另外阀门操作手柄也应处于温度正常区域。操作人员在操作手柄时，也不会受到低温影响，而填料函等结构也不会发生冷凝现象，其性能自然可以得到正确发挥，在正常温度下，填料依旧会保持良好的密封性能，其可以多次应用在阀门调控中。在阀盖结构设计中，还要以保冷层为参考依据，保冷层主要设置在低温管道处，其在应用中要一直处于正常安全状态，相关的长颈阀盖操作不能对其造成影响，所以一般在保冷层外施加填料压盖，使其能自由操作压盖螺栓。

长颈阀盖的加长尺寸有各种标准要求，不同标准下的阀盖带冷箱与非冷箱最小加长长度都不同，相关人员还要考虑实际的低温阀门要求，选择合理标准，确定标准尺寸。在实际的低温阀门加长长度选择中，一般需要参考SHELLMESCSPE77/200标准下的尺寸。这种标准下的尺寸选择范围较大，可满足大多数的低温阀门要求。这种标准对带冷箱与非冷箱都适用，相关的温度范围涉及到DN15-DN1200。在确定具体的尺寸时，还要参考保护层厚度，使其不会对保护层造成影响，一般该尺寸数值要小于保护层厚度，如此两者才匹配，阀盖的保冷施工才能顺利进行。

3.2滴水板结构设计

在低温阀门作用中，其会不断接触低温传输介质，温度具有传导性，所以低温也会沿着阀门进行传递，使阀杆或填充材料的温度降低，这会破坏填充材料的密封性，阀门的保冷效果也会失效，填充材料也会冻结起来。针对这种问题，相关人员还要在阀门中设置滴水板结构来拦截温度传递，使温度不会过度下降。将这种设施安装在阀门中，可使阀盖上端温度保持正常状态，甚至有所提升，其便不会对填充材料造成影响。阀门一般会应用在外界环境中，当阀门上部温度较低时，外界环境中的水蒸汽会发生液化现象，滴水板会接收这些液化的水珠，在此过程中，如果没有滴水板，水珠也有可能滴落在法兰螺栓上，这便会影响螺栓的有效性，使其发生腐蚀。在安装滴水板后，该装置会覆盖法兰螺栓，代替螺栓接收水珠，滴水板的直径大于法兰螺栓，所以螺栓不会受到任何水珠带来的腐蚀。液化的水也不能滴在保护层外面或阀体上部，否则会造成温度流失，使填充材料受损。为了避免此类问题出现，相关人员还要确定滴水板的具体位置，使其施加在保冷层外侧。

3.3泄压部件的设计

有的低温阀门在应用中容易发生爆炸事故，是因为其内部含有密闭中腔结构，该结构内部的压力失稳，在遇到易燃易爆介质时，便会发生爆炸。所以还要设计泄压部件，专门防爆。在化工生产中，有的介质会在传输中发生汽化现象，如液化天然气，当介质状态改变后，体积也会变大，其会填充整个阀门结构，此时阀门处于非开启状态，阀门内部的压力会迅速飙升，当压力超过某安全界限时，便会破坏阀门，使介质渗漏出去，严重情况下还会导致爆炸。在设置泄压部件时，相关人员还要将其与中腔结构结合起来，使泄压部件能调控腔内压力，使其不会处于超压状态，一旦出现超压现象，立即自动泄放。不同的阀门类型，泄压部件结构设计也不同，相关人员还要根据具体的低温阀门密封原理与泄压要求，设计具体的泄压部件，但无论如何，都要保证泄压部件与阀门相匹配。

3.4防静电及防火结构设计

由于低温阀门一般应用在易燃、易爆的介质上，防静电设计及防火设计显得尤为重要。防静电设计主要是以一种类似避雷针的引导电流方式，将阀杆与阀体导通，从而将静电导出以消除安全隐患，保证整个系统的供应安全。如GB/T24925明确规定“用于易燃蒸气或液体的具有软阀座或软的关闭插入部件的阀门，在设计时应保证阀体和阀杆具有导电连贯性，放电路径最大电阻不应超过10Ω。”。防火结构的设计主要是针对因温度剧烈变化而导致的介质泄露问题而进行的，防火结构的设计与普通阀门的设计要求类似。

结论

参考文献：

[1]那丽，吕贇.超低温球阀的结构设计特点及安装要求[J].煤化工，2017，（2）：65.

[2]杨汗青，潘亚东，等.天然气工程中低温钢的选用[J].天然气与石油，2018，26（5）：22-23.