超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法

低溫截止閥通常指工作溫度低于 的截止閥門(mén)，廣泛應(yīng)用于液化天然氣，液化石油氣體和其它低溫行業(yè)。目前可制造適用溫度達(dá) －196℃ 的低溫截止閥，全部零件采用液氮進(jìn)行低溫預(yù)處理，避免使用過(guò)程中密封變形泄露。低溫截止閥是一種工作在低溫氣氫或液氫介質(zhì)中，用來(lái)接通或切斷管路介質(zhì)的裝置。針對(duì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)閥門(mén)無(wú)法動(dòng)作的問(wèn)題，進(jìn)行了故障分析，通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使閥門(mén)正常運(yùn)行于試驗(yàn)系統(tǒng)中。

低溫截止閥主要是指介質(zhì)使用溫度在－196～－150度的低溫液態(tài)介質(zhì)系統(tǒng)中的截止閥。低溫閥門(mén)，特別是超低溫閥門(mén)，其工作溫度極低。在設(shè)計(jì)這類(lèi)閥門(mén)時(shí)，除了應(yīng)遵循一般閥門(mén)的設(shè)計(jì)原則外，還有一些特殊的要求。

閥桿軸線與閥座密封面垂直。閥桿開(kāi)啟或關(guān)閉行程相對(duì)較短，并具有非?？煽康那袛鄤?dòng)作，使得這種閥門(mén)非常適合作為介質(zhì)的切斷或調(diào)節(jié)及節(jié)流使用。低溫截止閥一旦處于開(kāi)啟狀態(tài)，它的閥座和閥瓣密封面之間就不再有接觸，因而它的密封面機(jī)械磨損較小，由于大部分截止閥的閥座和閥瓣比較容易修理或更換密封元件時(shí)無(wú)需把整個(gè)閥門(mén)從管線上拆下來(lái)，這對(duì)于閥門(mén)和管線焊接成一體的場(chǎng)合是很適用的。介質(zhì)通過(guò)此類(lèi)閥門(mén)時(shí)的流動(dòng)方向發(fā)生了變化，因此截止閥的流動(dòng)阻力較高于其它閥門(mén)。

長(zhǎng)軸低溫截止閥密封面不易磨損及擦傷,閥門(mén)啟閉過(guò)程中閥瓣與閥座密封面之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng),因此對(duì)密封面的磨損與擦傷較小,所以提高了密封副的使用壽命截止閥在全閉過(guò)程中閥瓣行程小,其高度相對(duì)較小。截止閥的缺點(diǎn)是,啟閉力矩較大且難以實(shí)現(xiàn)快速啟閉,因閥體內(nèi)流道比較曲折,流體流動(dòng)阻力大,造成流體動(dòng)力在管路中損失較大。

一、超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法的設(shè)計(jì)要求：

根據(jù)使用條件，低溫閥的設(shè)計(jì)有下列要求：

1） 閥門(mén)在低溫介質(zhì)及周?chē)h(huán)境溫度下應(yīng)具有長(zhǎng)時(shí)間工作的能力。

2） 閥門(mén)不應(yīng)成為低溫系統(tǒng)的一個(gè)顯著熱源。這是因?yàn)闊崃康牧魅氤档蜔嵝释猓缌魅脒^(guò)多，還會(huì)使內(nèi)部流體急速蒸發(fā)，產(chǎn)生異常升壓，造成危險(xiǎn)。

3） 低溫介質(zhì)不應(yīng)對(duì)手輪操作及填料密封性能產(chǎn)生有害的影響。

4） 直接與低溫介質(zhì)接觸的截止閥組合件應(yīng)具有防爆和防火結(jié)構(gòu)。

5） 在低溫下工作的截止閥組合件無(wú)法潤(rùn)滑，所以需要采取結(jié)構(gòu)措施，以防止摩擦件擦傷。

二、超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法的材料選用

1、低溫截止閥主體材料

（1） 主體材料選用應(yīng)考慮的因素從金相考慮，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(tài)下會(huì)出現(xiàn)低溫脆性，從而降低閥門(mén)的強(qiáng)度和使用壽命。

2、選擇主體材料時(shí)首先要選用適合于低溫下工作的材料。鋁在低溫下不會(huì)出現(xiàn)低溫脆性，但因鋁及鋁合金的硬度不高，鋁密封面的耐磨、耐擦傷性能差，所以在低溫截止閥中的使用有一定的限制，僅在低壓和小口徑閥門(mén)中選用。

超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法

1．超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法結(jié)構(gòu)組成

低溫截止閥由閥體、閥瓣、閥桿和汽缸等組成。閥體、閥蓋和閥桿等均采用不銹鋼，閥瓣采用銅。上下兩段閥桿中間用環(huán)氧酚醛層壓玻璃鋼布板實(shí)現(xiàn)絕熱，法蘭密封面采用鋁墊片，填料使用聚四氟乙烯，汽缸使用雙特密封，以減小摩擦力，閥門(mén)整體采用聚氨酯發(fā)泡保溫。

2．超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法材料選用

低溫截止閥用墊片必須在常溫、低溫及溫度變化下具有可靠的密封性和復(fù)原性，因此一般選擇性能變化小的墊片材料。如浸漬聚四氟乙烯的石棉填料或成型塑料件填料，而玻璃鋼由于導(dǎo)熱系數(shù)很小，大多用作熱橋元件。

3．超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法密封結(jié)構(gòu)

在關(guān)閉件設(shè)計(jì)時(shí)，閥座采用較硬的材料不銹鋼，閥瓣采用較軟的材料銅，當(dāng)?shù)蜏叵聤W氏體發(fā)生相變時(shí)，密封面高低不平，軟材料在操作力的作用下產(chǎn)生形變而使其與閥座貼合緊密，補(bǔ)償由于熱應(yīng)力和組織應(yīng)力引起的材料變形，解決了高壓低溫工況下的密封性問(wèn)題。

4．超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法絕熱結(jié)構(gòu)

為較好地實(shí)現(xiàn)低溫截止閥的絕熱，將閥蓋設(shè)計(jì)成細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，加長(zhǎng)熱橋，防止因填料函部分過(guò)冷而使處在填料函部位的閥桿以及閥蓋上部的零件結(jié)霜，影響使用。采用隔熱墊（材料為環(huán)氧酚醛層壓玻璃鋼布）將閥桿分為上、下兩部分，減小熱流，實(shí)現(xiàn)絕熱。閥門(mén)整體采用外絕熱形式，使用聚氨脂發(fā)泡保溫，保溫層厚200mm。

5．超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法故障分析

低溫截止閥應(yīng)用于試驗(yàn)系統(tǒng)后，出現(xiàn)了無(wú)法動(dòng)作的故障。在對(duì)該閥解體后發(fā)現(xiàn)，閥桿與閥蓋出現(xiàn)了咬合，閥桿表面的中心線對(duì)稱(chēng)位置處有兩處較深的劃痕，與之相配的閥蓋下法蘭相應(yīng)位置上也有兩處劃痕。經(jīng)過(guò)分析，引起故障的原因有兩方面。

（1）超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法存儲(chǔ)期

閥門(mén)存放期間水平放置并處于開(kāi)啟狀態(tài)，閥桿與閥瓣形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂長(zhǎng)147mm，懸臂重4．8kg。由于重力作用引起下閥桿彎曲，使得下閥桿和閥蓋法蘭孔同軸度偏差增大。原設(shè)計(jì)中同軸度大偏差為0．1mm，拆除后實(shí)測(cè)同軸度偏差約為0．4mm。由于兩零件材料均為OCr18Ni9不銹鋼，低溫下無(wú)法進(jìn)行潤(rùn)滑，動(dòng)作時(shí)由于同軸度偏差大產(chǎn)生咬合現(xiàn)象。

（2）加工期

經(jīng)檢查，閥蓋上的銷(xiāo)釘槽沒(méi)有按圖紙加工。將圖紙中的方形槽加工成圓弧形槽，影響了銷(xiāo)釘和銷(xiāo)釘槽的正常配合，下閥桿承受側(cè)向力，從而導(dǎo)致下閥桿和閥蓋產(chǎn)生干涉。

6．超低溫深冷焊接式截止閥故障解決辦法改進(jìn)措施

（1）閥桿與閥蓋配合部分

在下閥桿Φ51mm處壓入一個(gè)H62銅套，不銹鋼OCr18Ni9硬度160HB，黃銅H62硬度56HB，采用這種方式可避免同種材料直接接觸而產(chǎn)生咬合現(xiàn)象。將閥蓋下法蘭孔Φ51mm加工至Φ57mm，與下閥桿相應(yīng)處采用間隙配合，既保證了配合件具有較小的動(dòng)摩擦力，又起到了導(dǎo)向作用。

（2）閥桿防轉(zhuǎn)裝置銷(xiāo)釘和銷(xiāo)釘槽配合的作用是避免閥桿旋轉(zhuǎn)。由于該閥的閥瓣、閥桿、汽缸和活塞等為回轉(zhuǎn)體，其閥桿是否旋轉(zhuǎn)對(duì)其密封和啟閉性能不會(huì)產(chǎn)生影響。為了避免由于銷(xiāo)釘和銷(xiāo)釘槽配合不當(dāng)而使下閥桿承受側(cè)向力，取消了銷(xiāo)釘。