低溫閥

低溫閥門包括低溫球閥、低溫閘閥、低溫截止閥、低溫安全閥、低溫止回閥，低溫蝶閥，低溫針閥，低溫節流閥，低溫減壓閥等，主要用於乙烯，液化天然氣裝置，天然氣LPG LNG儲罐，接受基地及衛星站，空分設備，石油化工尾氣分離設備，液氧、液氮、液氬、二氧化碳低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上。輸出的液態低溫介質如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產品等，不但易燃易爆，而且在升溫時要氣化，氣化時，體積膨脹數百倍。低溫閥門的套用，控制了溫度，防止爆炸、泄漏等隱患。

基本介紹

• 中文名：低溫閥
• 外文名：low temperature valve

概述

包括低溫球閥、低溫閘閥、低溫截止閥、低溫安全閥、低溫止回閥，低溫蝶閥，低溫針閥，低溫節流閥，低溫減壓閥等，主要用於乙烯，液化天然氣裝置，天然氣LPG LNG儲罐，接受基地及衛星站，空分設備，石油化工尾氣分離設備，液氧、液氮、液氬、二氧化碳低溫貯槽及槽車、變壓吸附制氧等裝置上。輸出的液態低溫介質如乙烯、液氧、液氫、液化天然氣、液化石油產品等，不但易燃易爆，而且在升溫時要氣化，氣化時，體積膨脹數百倍。

液化天然氣閥門的材料非常重要，材質不合格，會造成殼體及密封面的外漏或內漏；零部件的綜合機械性能、強度和鋼度滿足不了使用要求甚至斷裂。導致液化天然氣介質泄漏引起爆炸。因此，在開發、設計、研製液化天然氣閥門的過程中，材質是首要關鍵的問題。

經過多年製造，已積累了豐富的經驗，從設計、工藝到製造日趨成熟，並已開發形成了低溫閥門的系列產品。

近幾十年，隨著現代科學技術的發展，工程項目中對低溫閥門的需求越來越多。低溫閥門在化肥、LNG 及石油化工等領域使用較多。低溫閥門所控制的介質除了液氮和其他液態惰性氣體外，大部分介質不但易燃、易爆，而且在升溫或者閃蒸時會發生氣化，致使體積急劇膨脹，容易導致泄漏和爆炸。基於介質特點及適應閥門在低溫下使用的要求，低溫閥門的設計、製造、試驗和安裝方法等均與普通閥門有不同之處。

低溫閥門定義

不同標準對低溫閥門有不同定義。如英國閥門標準 BS6364《低溫用閥門》適用於介質溫度範圍為-50℃~-196℃ ； 美 國 標 準 MSSSP-134 《對低溫閥門及其閥體/閥蓋加長體的要求》對低溫的解釋為“對於標準慣例來說，低溫範圍介於 -100℃~ -195℃”；中國國家標準GB/T 24925《低溫閥門技術條件》標準適用於介質溫度範圍為 -29 ℃~ -196℃；殼牌閥門標準 SHELL MESC SPE 77/200《低溫及超低溫用閥門》適用於介質溫度範圍為 -30 ℃~ -196℃。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-71~-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。

石化行業對低溫閥門的定義是按照輸送介質的設計溫度來定義的，一般將套用在介質溫度 -40 ℃以下的閥門稱作低溫閥，套用在介質溫度 -101 ℃以下的閥門稱作超低溫閥門。

常用低溫閥門型式

低溫閥門包括閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、節流閥，減壓閥等。其中，最常用的為低溫閘閥、低溫截止閥、低溫球閥和低溫蝶閥。如MSS SP-134標準中涉及低溫閘閥、低溫截止閥、低溫球閥和低溫蝶閥，GB/T 24925標準中涉及低溫閘閥、低溫截止閥、低溫止回閥、低溫球閥和低溫蝶閥。

低溫閥門設計特點

1、低溫閥門的材料選擇

低溫閥門的工作介質不僅溫度低，而且大部分或有毒，或易燃、易爆，而且滲透性強，因此決定了對閥門用材的諸多特殊要求。在低溫狀態下鋼的機械性能與常溫時不同，低溫用鋼，除強度外，最重要的指標就是其低溫衝擊韌性。材料的低溫衝擊韌性與材料的脆性轉變溫度有關，材料的脆性轉變溫度愈低，材料的低溫衝擊韌性愈好。碳鋼等體心立方晶格的金屬材料存在低溫冷脆現象，而奧氏體不鏽鋼等面心立方晶格的金屬材料其衝擊韌性基本不受低溫影響。

低溫閥門閥體、閥蓋等耐壓零件的材料，通常採用低溫強度好的韌性材料，同時還要考慮焊接性、機加工性能、穩定性和經濟性等因素。工程公司設計時，最常用的是 -46℃、-101℃和-196℃三個低溫級別。-46℃低溫級一般選用低溫碳鋼，-101℃和 -196℃低溫級一般選用 300系列奧氏體不鏽鋼，這種不鏽鋼有適中的強度、較好的韌性和較好的加工性能等。根據 ASMEB31.3 低溫閥門常用材料的最低適用溫度見表 1。

2、低溫閥門的結構設計

1）閥蓋結構設計

低溫閥門的一個最顯注的特點就是其閥蓋一般為長頸結構，在 GB/T 24925《低溫閥門技術條件》中也有明確規定“低溫閘閥、截止閥、球閥、蝶閥的閥蓋應根據不同的使用溫度要求設計成便於保冷的長頸閥蓋結構，以保證填料函底部的溫度保持在 0℃以上”。 加長閥蓋結構的設計主要是為了使閥門操作手柄和填料函結構遠離低溫區，既可以避免溫度太低造成操作人員凍傷，也可以保證填料函和壓套在正常的溫度下使用，防止填料的密封性能降低，延長填料的使用壽命。此外，由於低溫管道一般有著較厚的保冷層厚度，長頸閥蓋便於保冷施工，並使填料壓蓋處於保冷層外，有利於需要時隨時緊固壓蓋螺栓或添加填料而無需損壞保冷層。

BS6364、MSS SP-134 和 SHELL MESC SPE77/200 標準均對閥蓋加長尺寸進行了規定。其中，BS6364 規定了15～ 500帶冷箱的加長尺寸 ， 並規定非冷箱最小加長長度應為250mm；MSS SP-134 則包含了15～300的帶冷箱和非冷箱的加長尺寸要求，比較而言，非冷箱加長尺寸比 BS6364 規定長，帶冷箱加長尺寸比 BS6364 規定短。SHELL MESC SPE 77/200則沒有對帶冷箱和非冷箱進行區分，規定了15～1200在不同溫度範圍的長度 。 綜合考慮，SHELL MESC SPE 77/200 其加長長度選用範圍較寬使用比較方便可靠，如用於低溫關鍵場合可參考 SHELL MESC SPE 77/200 標準進行設計或按設計單位特殊長度要求進行設計。此外，在進行長度選用時還需考慮設計保冷層厚度是否大於該長度，如是則應加長以和保冷厚度匹配。

2）滴水板結構設計

由於閥門內傳遞是低溫介質，為了避免或減少介質溫度向閥桿及其上端的填充材料傳遞，防止這些材料因凍結而失效，可在閥門中增加滴水板結構。一些研究機構對這種帶有滴水板結構的閥門進行了實驗驗證，並證明了帶有滴水板的閥門閥蓋上端溫度較高。由於延長閥蓋上部的溫度較低，通常情況下閥門暴露在空氣中，空氣中的水蒸氣遇到低溫閥蓋會液化成水珠，滴水板的直徑超過中法蘭直徑，可以防止低溫液化的水蒸氣滴落在中法蘭螺栓上，避免螺栓銹燭影響線上維修。此外，滴水板需設定在保冷層外側，可以防止冷凝的水滴落到保冷層及閥體上部，保護保冷層及防止冷量流失。

3、泄壓部件的結構設計

對於有密閉中腔結構的低溫閥門，當套用在易燃、易爆且容易氣化的介質時，對於閥門密封結構有著特殊的要求。一些低溫介質在汽化後其體積會升高，例如，液化天然氣汽化後的體積為液態時的六百多倍，當閥門為閉合狀態且周圍環境溫度相對較高時，閥體內的低溫介質吸收環境中熱量而逐漸汽化，其體積迅速上升，導致閥門內部超壓，甚至威脅到閥門的安全，導致介質泄露甚至造成火災事故，為保證閥門和工廠的安全性，此類閥門要求帶中腔自泄壓結構，使閥門內腔壓力異常超壓時，實現自動泄放。如低溫閘閥、球閥，由於閥門密封原理不同，在泄壓設計上，會有明顯的區別。不過不同的廠家在泄壓結構的設計上，多有自己不同的特點。

4、防靜電及防火結構設計

由於低溫閥門一般套用在易燃、易爆的介質上，防靜電設計及防火設計顯得尤為重要。防靜電設計主要是以一種類似避雷針的引導電流方式，將閥桿與閥體導通，從而將靜電導出以消除安全隱患，保證整個系統的供應安全。如GB/T 24925 明確規定 “ 用 於 易燃蒸氣或液體的具有軟閥座或軟的關閉插入部件的閥門，在設計時應保證閥體和閥桿具有導電連貫性，放電路徑最大電阻不應超過 10Ω。”。防火結構的設計主要是針對因溫度劇烈變化而導致的介質泄露問題而進行的，防火結構的設計與普通閥門的設計要求類似。

低溫閥門的安裝要求

因為低溫閥門的特殊結構，低溫閥門的安裝亦有其特殊要求。因為低溫閥門的長頸閥蓋結構特點，低溫閥門在安裝時閥桿閥桿方向必須在垂直向上的 45 度角範圍內，且應儘量避免安裝在垂直管線上。否則低溫介質將充滿閥蓋的加長部分，造成閥門填料失效，並會將冷量傳給閥門手柄，給操作人員帶來人身傷害。對於有泄壓結構的低溫閥門，在安裝閥門時，要特別注意閥門泄壓方向的要求。閥門泄壓的方向應在工藝流程圖上標出，並體現在管道軸測圖中。

低溫閥門產生泄漏的原因

主要有兩種情況，一是內漏；二是外漏。

內漏

閥門產生內漏主要原因是密封副在低溫狀態下產生變形所致。當介質溫度下降到使材料產生相變時造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產生翹曲變形而造成低溫密封不良。

外漏

閥門的外漏：其一是閥門與管路採用法蘭連線方式時，由於連線墊料、連線螺栓、以及連線件在低溫下材料之間收縮不同步產生鬆弛而導至泄漏。因此可把閥體與管路的連線方式由法蘭連線改為焊接結構，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。