了解低溫閥門材料的設計要求

低溫閥的溫度等級：

國外根據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的熱流Q1與通過的低溫介質的質量比來衡量。但是，當介質類型不變，只有流量變化時，其值會發生變化。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可用于統一比較。

式中：P--單位時間內進入低溫介質的熱量，W，P=Q1/T；

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

ΔT-周圍環境溫度（20℃）與低溫介質溫度之間的差值，℃；

DN-閥門的公稱通徑，m。

K_T值對于同一種介質近似常數，只和閥門本身性質有關。

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，為了實現可靠密封，必須采用合理的密封結構或者加大密封比壓。因此，需要對密封效果進行評價。

可以采用與泄漏量有關的參數來衡量低溫閥門的密封能力，即：

式中ΔV--在工作壽命期限內氣體的平均滲漏量，m³/s。

4.低溫閥門表面不結冰的情況

閥門在低溫下工作時，其表面不應結露，也不應結冰。閥門外表面是否結冰首先取決于環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露是非常困難的。但如果δT1滿足一定條件，結冰的可能性會大大降低，閥面不結冰的條件是δT1≤5℃。

表1顯示了低溫閥門的一些技術水平指標。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指示器的要求應根據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構完善程度。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，所以只用來調節介質流量；而截止閥和閘閥的性能次之，低溫密封性能更好，所以在工業領域中常被用來切斷介質。

表1氣動真空絕熱低溫閥技術水平指標

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；當溫度低于-100℃時，選用奧氏體不銹鋼；設計時，根據最低使用溫度選擇合適的材料。

閥桿緊固件的材料選擇:

當溫度高于-100℃時，閥桿和螺栓采用鎳、鉻鉬等合金鋼，適當熱處理，提高抗拉強度，防止螺紋咬入。當溫度低于-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致閥桿和填料相互摩擦，導致填料處泄漏。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。在低溫閥門的設計中，一方面在結構設計上保證填料接近環境溫度，例如采用長頸閥蓋結構，使填料箱盡可能遠離低溫介質，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℃。