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，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，用來接通或切斷管路介質(zhì)的裝置。針對在使用過程中出現(xiàn)閥門無法動作的問題，進(jìn)行了故障分析，通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使閥門正常運行于試驗系統(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，特別是超低溫閥門，其工作溫度極低。在設(shè)計這類閥門時，除了應(yīng)遵循一般閥門的設(shè)計原則外，還有一些特殊的要求。

閥桿軸線與閥座密封面垂直。閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，并具有非常可靠的切斷動作，使得這種閥門非常適合作為介質(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無需把整個閥門從管線上拆下來，這對于閥門和管線焊接成一體的場合是很適用的。介質(zhì)通過此類閥門時的流動方向發(fā)生了變化，因此截止閥的流動阻力較高于其它閥門。

長軸低溫截止閥密封面不易磨損及擦傷,閥門啟閉過程中閥瓣與閥座密封面之間無相對滑動,因此對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程中閥瓣行程小,其高度相對較小。截止閥的缺點是,啟閉力矩較大且難以實現(xiàn)快速啟閉,因閥體內(nèi)流道比較曲折,流體流動阻力大,造成流體動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)計要求：

根據(jù)使用條件，低溫閥的設(shè)計有下列要求：

1） 閥門在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應(yīng)具有長時間工作的能力。

2） 閥門不應(yīng)成為低溫系統(tǒng)的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如流入過多，還會使內(nèi)部流體急速蒸發(fā)，產(chǎn)生異常升壓，造成危險。

3） 低溫介質(zhì)不應(yīng)對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法潤滑，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)下會出現(xiàn)低溫脆性，從而降低閥門的強度和使用壽命。

2、選擇主體材料時首先要選用適合于低溫下工作的材料。鋁在低溫下不會出現(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)計時，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，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)

為較好地實現(xiàn)低溫截止閥的絕熱，將閥蓋設(shè)計成細(xì)長結(jié)構(gòu)，加長熱橋，防止因填料函部分過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，實現(xiàn)絕熱。閥門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)用于試驗系統(tǒng)后，出現(xiàn)了無法動作的故障。在對該閥解體后發(fā)現(xiàn)，閥桿與閥蓋出現(xiàn)了咬合，閥桿表面的中心線對稱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期

閥門存放期間水平放置并處于開啟狀態(tài)，閥桿與閥瓣形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂長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)計中同軸度大偏差為0．1mm，拆除后實測同軸度偏差約為0．4mm。由于兩零件材料均為OCr18Ni9不銹鋼，低溫下無法進(jìn)行潤滑，動作時由于同軸度偏差大產(chǎn)生咬合現(xiàn)象。

（2）加工期

經(jīng)檢查，閥蓋上的銷釘槽沒有按圖紙加工。將圖紙中的方形槽加工成圓弧形槽，影響了銷釘和銷釘槽的正常配合，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摩擦力，又起到了導(dǎo)向作用。

（2）閥桿防轉(zhuǎn)裝置銷釘和銷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)對其密封和啟閉性能不會產(chǎn)生影響。為了避免由于銷釘和銷釘槽配合不當(dāng)而使下閥桿承受側(cè)向力，取消了銷釘。