超低温深冷球阀结构改进方案

 超低温深冷球阀结构改进方案

从实际分析，超低温球阀展现出了优异的性能，具有应用前景。本文深入工作实践，结合工作经验，阐述了相关设计思路与对策。希望有效的设计分析能够优化超低温球阀的性能，从而促使其提高应用质量。新时期，随着技术发展，为了有效的研究超低温球阀的优化设计，需要结合工作实际，有效的总结其设计方案，从而才能提高设计水平，进一步保证超低温球阀的应用价值。通过本文的进一步分析，旨在提高认识，从而为相关工作人员提供有效技术参考。在低温工况下要求阀门克服三大危险因素，即阀门在启闭过程中残留在中腔的低温介质因环境（大气）温度引起急速气化而导致的异常升压；低温向填料函传导引起填料失效，从而引起填料处泄露；承压件抵抗低温冲击的能力。随着现代科技的发展，低温装置的规模不断扩大，低温阀门的需求量也越来越大。低温球阀通常按其工作温类，-100℃~-40℃之间的称为低温球阀，-100℃以下的称为超低温球阀，低温球阀的工作温度主要取决于其介质温度。

性能特点：

1. 长颈阀盖结构：保证填料函密封性能，保护填料函不结冰
2. 自动泄压阀座：避免中腔压力异常升高
3. -196℃液氮深冷处理：使残余奥体转变为马氏体，增强尺寸稳定性
4. 氦气检漏：保证密封性能，保证阀门具备宽广的适用介质范围

2 超低温深冷球阀结构改进方案设计目的

对于球阀的开关阀门来说，是一个带有圆形通道的球体，该球体与通道中轴线环绕垂直，对通道的开关和介质的流量进行控制。球阀的开关阀门属于固定的状态，即使产生外界压力，也不会发生位移的移动。球阀整体是由阀体、阀盖、滴水板、支架、阀杆以及驱动装置等组成。对超低温球阀进行优化设计中，主要是将一体式结构与二片式和三片式结构进行对比，达到降低球阀泄漏点的目的。本实用新型涉及牙轮钻头技术领域,尤其涉及一种深冷低温球阀,包括阀体,六角螺栓,球体,阀盖,阀座,阀杆,阀体加长杆,填料机构以及手柄;所述阀盖通过所述六角螺栓与所述阀体固定在一起,阀座装在阀盖与阀体之间,球体安装在阀座内,所述阀杆与所述球体的上部连接,阀体加长杆固定在所述阀体的上部,阀杆置于阀体加长杆的内部,阀体加长杆的上部安装填料机构,阀杆穿过填料机构与所手柄连接.这种结构在阀体温度低而收缩变形时,阀体上的低温度会立刻传导至螺栓上,螺栓同时受冷收缩变形,保证了阀体与螺栓的同步收缩变形,因而阀体与阀盖之间不会产生泄漏. 

3 超低温深冷球阀结构改进方案阀盖设计

在对阀盖进行设计时，一定要对阀腔内流体的温度进行重视，所以可以选择加长的阀盖结构，这样可以使阀门控制装置和填料安装的位置与低温区之间的距离拉开，不但可以保证阀门填料工作在适当温度范围内，降低低温霜冻对填料的影响，保证阀杆以及其他部件的正常运行外，还有效避免了低温介质对操作球阀的工作人员造成冷灼伤。

在加长阀盖结构中，为了有效节约成本的支出，在紧固螺栓时可以不对保护层进行破坏。在确定加长阀长度时，要根据材料的导热、散热面积等因素的影响进行确定，一般来说，加长阀长度设计会按照美国MSSSP-134的标准进行确定。在加长阀盖上都会设置滴水板，其作用是避免冷凝水滴入保温层中，保证螺栓等配件的质量，滴水板设置在加长阀盖之上，由此可以看出保温介质在球阀保温中占据着重要的位置。

4 超低温深冷球阀结构改进方案泄压部件及密封结构设计

一些介质在高温汽化后，体积会膨胀，若此时阀门关闭，则腔体内压力会急剧升高，不仅会破坏球阀各个部件的功能，还会造成阀门失效，影响整个输送线的正常运行。因此，一定要在阀门端口处安装泄压部件。通常泄压部件的设计采用泄压孔形式，确保腔体和管道端口的正常连通。密封结构决定了整个阀门的质量优劣，是整个球阀的核心部分，一般包含阀杆密封和阀座密封两个部件。阀杆密封要满足易维护、低泄漏的特性，通常根据具体应用设计二道或多道密封，满足ISO15848-2的B级密封标准，还可以根据实际应用选择ISO15848-1的C01级标准，可以有效减少水滴渗入到柔性填料内，造成器件损伤。在超低温工况下，阀座密封主要运用唇式密封圈，其精度较高，且对相关零件的性能要求也较为严格，密封效果良好。根据泄压需要，上游阀座通常采用单向密封圈，而下游阀座通常采用双向密封圈，应用的密封圈材料为聚三氟氯乙烯（PCTFE），其拥有超低温特增性。

为阀杆密封采用新型三重低温材料的组合设计。道密封:利用弹簧压缩后的预紧力及介质压力对PCTFE填料持续施压，达到自紧密封效果;第二道密封为中间O型圈密封;第三道密封为成型柔性石墨密封，以此达到密封安全防火目的。如果道密封失效后，第二道、第三道还可以形成密封，并在火灾条件下第三道密封起作用。这种三重密封结构使阀杆密封具有安全可靠性。

5 超低温深冷球阀结构改进方案防火及防静电结构设计

如果温度或者压力等因素发生急剧变化后，会使介质发生渗漏的情况，导致火灾的发生，因此在对球阀进行设计时，一定要重视防火和防静电结构的设计。一般来说，在球阀中进行防火设计时，都是在阀盖和阀体链接的位置设计一个密封的结构，可以选择柔性介质的缠绕垫片和唇式密封圈的双通道设计，同样，阀杆位置的密封也要选择这样的介质进行多结构的组合，从而发挥出防火的作用。通过这样的设计，可以有效防止密封结构出现融化失效的情况。还可以选择非金属密封垫和金属阀座结合的方式，进行防火设计，这种设计方法可以对传输介质内漏情况进行防止，保证阀门不被破坏，但是这种设计方法也存在一定的弊端，就是使用成本较高。超低温球阀具有一定的特殊性，所以在进行防火设计时，要严格按照API6FA或者API607防火安全标准进行执行。在对超低温球阀的优化设计中，因为超低温球阀的PCTFE材料具有静电聚集的作用，很容易出现静电火花，加上超低温所运输的介质大多属于易燃易爆品，因此要对球阀进行防静电结构的设计。一般来说，会在阀杆接触的位置上设置一个弹簧和钢球，这样可以使球体不产生静电，在12V直流电压下，阀盖与阀杆以及阀盖与球体之间的电阻要小于10Ω。

6驱动结构设计

当阀杆和垂线成30o角时，能够实现阀门的正常运转。为了在全开以及全毕状态下实现超低温球阀的自由锁定，齿轮驱动以及执行器等手动球阀装置都应该设置锁定器。执行机构不仅可以在恶劣条件下维持操作，还可以实现在线维修、更换等操作，为超低温球阀的可持续利用提供了便捷。阀杆与阀体一体化设计对于传统球阀来说，阀杆和球体是两个相对独立的部件，通过多种密封技术以及对其的优化措施，往往由于应力分布不均，导致接口不能完美衔接在一起，还会出现硬化层脱落的情况。因此，对球阀的阀杆和阀体进行一体化设计，也就是说通过焊接等工艺将阀杆和球体衔接在一起，选择焊Ni60喷在衔接处，从而避免表面发生脱落的情况。在阀杆和阀体一体化设计中，要加强对材料的重视，阀杆的材料可以选择17-4PH不锈钢，这种材质具有较强的抗腐蚀性，在热处理后具有较高硬度的优势，而球体的材料可以选择F304不锈钢，这种材料有较好的防锈性，并且比较耐高温，同样具有较强的抗腐蚀性的优点。通过对阀杆和阀体一体化的设计，可以有效提高阀门的安全性。

7 超低温深冷球阀结构改进方案金属密封面材料在低温下冷缩变形的控制

对于金属材料(阀体、阀盖、球体、阀座、阀杆)，零件在粗加工之后精加工之前，采用“深冷处理”的方法，可以消除低温阀门材料的马氏体组织相变和材料的收缩变形。通过实践，确定了低温处理的温度为－196℃，深冷处理时间由2h延长到3h，保证深冷处理充分、均衡。但对于精密度要求高的密封件，经一次深冷处理恢复到常温后，再次进行深冷处理，消除低温变形对阀门密封副尺寸精密度的影响，提高了阀门在低温工况密封的可靠性。

 超低温深冷球阀结构改进方案结束语：

总之，为了满足工作需要，超低温球阀的性能结构也在不断的优化。本文分析了超低温球阀的结构设计对策，希望能够不断优化球阀的性能，从而确保超低温球阀能够更好地应用到相关领域，以提高其应用价值。产品适用于低温和超低温工况：LNG、空分、乙烯急冷裂解气、乙烯精馏、低温甲醇洗工艺。低温球阀通常是指工作温度在-40℃以下的球阀，所控制的介质除了液氮和液态惰性气体外，大部分介质易燃、易爆、渗透性强。低温度-269℃（液氦）、高使用压力10Mpa。如此苛刻的工作条件对低温阀门提出了特殊的要求，其设计、制造和检验均与普通阀门有不同之处。