LNG超低温阀门的设计及材料低温物性的研究
低温阀门结构
低温阀门结构
低温阀门结构是一种特殊设计的阀门，用于在低温工作环境中进行流体控制。
低温阀门主要应用于液化天然气(LNG)、液氮、液氧等冷冻介质的输送系统中，确保流体在极低温下的安全运输和流动。
低温阀门结构的设计考虑了以下几个主要因素：
1. 密封性能：由于低温工况下介质的特殊性质，阀门的密封性能要求更高。
因此，低温阀门通常采用双密封结构，例如双密封蝶阀或双密封球阀。
这种结构能够有效防止介质泄漏，确保系统的安全性。
2. 材料选择：在低温环境下，常规金属材料的性能可能会受到影响，导致强度下降。
因此，低温阀门通常采用特殊的材料，如不锈钢、镍合金、钛合金等，以确保阀门在低温下的稳定性和可靠性。
3. 保温措施：为了防止低温介质对阀门结构的冷冻和冻结，低温阀门通常采用保温措施。
例如，在阀门外壳上加装保温材料，或者在阀门内部设置保温套管，以减少热量的散失。
4. 冷却措施：在某些特殊情况下，低温阀门还需要冷却措施，以防止阀门过热。
例如，在阀门周围设置冷却装置，通过循环冷却介质来保持阀门的温度在正常范围内。
总的来说，低温阀门结构的设计旨在确保阀门在极端低温环境下的正常运行，并保证系统的安全性和可靠性。
随着液化天然气和其他低温介质的应用不断扩大，低温阀门的需求也在不断增加，因此对于低温阀门结构的研发和创新也变得越来越重要。
液化天然气船用超低温蝶阀的设计与研究
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟液化天然气船用超低温蝶阀的设计与研究介绍了液化天然气船用超低温蝶阀的设计，材料选用，制造工艺和产品试验特殊要求。
1、概述随着全球液化天然气( LNG) 生产和贸易的日益增长，LNG 船舶作为海上运输的主要手段和工具，成为各国船舶建造的热点。
目前，我国LNG 船用超低温阀门基本上从国外进口。
自行设计和制造具有我国自主知识产权的LNG 船用超低温阀门显得极其重要。
2、类型不同种类的阀门，其在船舶管系与安装中所占有的空间、质量和性能有着明显的差异( 低碳奥氏体不锈钢的耐低温性、耐压性、耐腐蚀、耐磨损、焊接性、强度、冲击韧性、相对伸长率和组织稳定性等综合性能均优于其他材料。
常用的低温材料牌号有304、304L、316 和316L，其中316L 的稳定性最好，用于阀杆材料需作沉淀硬化处理，以提高材料强度和表面硬度。
所有零件材料必须进行低温处理，尽量降低阀门在超低温条件下尺寸发生变化，有效避免材料在超低温条件下形变，且以二次低温处理为佳，低温处理的时间在2 ～6h 为宜。
通常低温深冷处理的温度要低于阀门选用零件的材料相变温度，并应低于阀门在低温工作中的实际工作温度，以减少在使用过程中超低温对材料的变形而影响阀门的性能。
所选零件材料还需进行无损探伤( PT、UT、RT) ，保证阀门材料不存在缺陷，奥氏体钢固溶处理，材料还必须进行- 196℃低温韧性冲击试验，最小平均冲击值E = 41J。
5、结构设计船用超低温蝶阀( 蝶板与金属阀座( U 形圈) 靠机械力实现密封( 在蝶阀关闭状态下，安装在阀体内槽中的U 形圈可以浮动的随着椭圆形蝶板变形，椭圆形的蝶板挤入圆形的U 形圈，U 形圈与蝶板密封面圆周紧密接合，包在蝶板外圆周上，产生密封张力，达到密封效果。
在蝶阀开启瞬间，U。
超低温工况下的阀门密封性研究
超低温工况下的阀门密封性研究摘要：本论文研究了超低温工况下阀门的密封性能。
超低温环境对阀门密封性能提出了更高的要求，因为低温会导致材料收缩、硬化和变脆，从而增加了泄漏的风险。
本研究通过实验和数值模拟相结合的方法，对不同材料、结构和密封方式的阀门进行了测试和分析。
结果显示，在超低温环境下，采用特殊材料和密封结构可以显著提高阀门的密封性能。
此外，优化密封间隙和使用低温密封剂也可以有效减少泄漏。
本研究对超低温工况下阀门的密封性能提供了重要参考，有助于提高阀门在低温工况下的可靠性和安全性。
关键词：超低温；阀门密封性；数值模拟引言本论文旨在研究材料老化对物体性能的影响。
随着时间的推移，材料会受到环境因素和使用条件的影响，导致性能的逐渐下降。
了解材料老化的机理和特征对于延长材料寿命、提高产品可靠性至关重要。
本文将回顾老化过程中的不同机制，包括化学反应、疲劳损伤和热氧化等。
此外，还将介绍常见的老化测试方法和评估指标。
通过深入研究材料老化的影响，我们可以为设计更耐久、可靠的材料和产品提供指导和建议。
1.超低温工况下阀门密封性能的影响因素1.1超低温环境对材料性质的影响超低温环境对材料性质有着显著的影响。
低温会导致材料的收缩和变形，由于分子振动减小，材料的线膨胀系数降低，使得材料变得更加脆弱。
低温会导致材料的硬化，使得材料的强度和韧性降低，容易发生断裂和破损。
低温还会影响材料的导电性、导热性和摩擦性能，从而影响材料的功能和应用。
在超低温环境下，材料的抗拉强度、冲击韧性和耐蚀性都会受到较大挑战。
因此，在超低温工况下选择合适的材料非常重要，以确保材料的性能稳定性和可靠性。
1.2超低温环境对阀门结构的影响超低温环境对阀门结构有着重要的影响。
低温会导致阀门材料的收缩和变形，可能导致密封面间隙增大，从而增加泄漏的风险。
低温环境下材料的脆性增加，使得阀门零部件容易发生断裂和破损。
低温还会影响阀门的润滑性能，使得阀门操作不灵活或卡阻。
超低温球阀阀座和阀体间密封结构设计与低温计算
30 通用机械 2019年 第10期
石油/化工通用机械
GM in Petroleum & Chemical Industry
于阀体与阀座之间，此种结构包括支撑块、V形弹簧、 三组唇形密封圈和密封座。其中三组唇形密封圈分为 上密封圈、中密封圈和下密封圈，中密封圈尾部固定 于下密封圈开口，上密封圈尾部固定于中密封开口， 三组唇形密封圈收尾相接安装于密封座上，形成一个 整体。V形弹簧安装于上密封圈开口沟槽内，支撑块卡 在V形弹簧上，V形弹簧可以提供一个稳定的弹力给唇 形密封圈，在弹力作用下使其上下唇面紧压于金属表 面。这种密封结构安装于超低温球阀阀座与阀体径向 密封处，唇形密封组件开口朝向高压侧，使得压力可 以张紧密封唇口，同时补充了弹簧力，增加了唇口与 金属表面的接触压力。
由于工况条件特殊，属于超低温状态，因此超低 温球阀需经合格结构设计，并基于低温状态装配间隙 和螺栓紧固力矩计算，才能保证其具有良好的性能。
超低温球阀主要应用于液化天然气和空分行业的 装置上，输出的液态介质有：液化天然气、液氧、液 氢、液化乙烯、液氮以及液化石油气等。其中部分介 质不但易燃易爆，且容易发生气化，气化时体积急剧 膨胀，并促使压力急剧上升，如果阀门结构设计不合 理，则会造成中腔积压，从而导致承压边界失效，甚 至阀门开裂爆炸，造成严重伤亡事故。
关于超低温阀门结构优化的设计探讨
关于超低温阀门结构优化的设计探讨摘要：近些年来，随着我国社会科学技术的不断提升，在百姓生活中也已经广泛出现液化天然气使用的身影。
低温球阀具有结构紧凑、易于操作和维修等特点，据不完全统计,在液化天然气（LNG）接收站应用的各类阀门中，低温球阀的数量占比高达60%以上，应用极为广泛。
接收站超低温阀门的过流介质LNG具有分子量小、粘度低、浸透性强的特点，容易造成天然气泄露，具有易燃易爆的特性。
在LNG接收站高压泵出口与气化器之间的高压管路上，低温球阀内漏和外漏现象尤为突出。
本文主要对超低温阀门结构优化的方向进行探讨。
关键词：超低温阀门；结构优化；设计在近些年，我国液化天然气使用增长速度势头猛进，即使是在全球范围内，其增长速度也很快。
从性质来看，液化天然气具有易燃易爆易汽化的特点，无论是在运输还是在存储，又或者是控制过程，都有着严格的要求。
为了确保液化天然气的供给稳定，需要提高各个环节中设备的技术标准。
阀门是液化天然气输送系统中的主要控制设备，无论是倒流、截至还是调节、稳压，又或者是分流、防溢，都发挥着重要的作用。
1超低温阀门的材料选择分析随着我国科学技术水平的不断发展，对石油天然气能源的开发利用程度越来越深，液化天然气的产量不断增加，加上与煤碳等资源相比，液化天然气在清洁性方面表现出更突出的优势，液化天然气已经进入千家万户，成为生活必备能源之一。
阀门是液化天然气输送系统中的主要控制设备，无论是倒流、截至还是调节、稳压，又或者是分流、防溢，都发挥着重要的作用。
一般能够用来制作阀门的材料很多，钢、铜、铁等我们常见的物质都能用来生产阀门。
与常规的流体不一样，液化天然气温度非常低，相应的用来制作阀门的材料也需要能够在超低温环境下保持稳定的性能，并且要兼顾液化天然气所具有的特性，只有这样，液化天然气在管道中才能正常进行引导。
液化天然气的低温温度低至-165℃，阀门在工作过程所处的外部环境并不稳定，呈现出很大的温度变化，这意味着阀门元件会在温度变化中性能丧失稳定，对阀门的控制效果出现偏差。
低温阀的设计与试验
低温阀的设计与试验一、低温阀门的材料选用1、低温阀门的主体材料1）主体材料选用应考虑的因素从金相考虑，金属材料中除了具有面心立方晶格的奥氏体钢、铜、铝等以外，一般的钢材在低温状态下会出现低温脆性，从而降低阀门的强度和使用寿命。
表1规定了几类材料的最低使用温度。
表1铝在低温下不会出现低温脆性，但铝及铝合金的硬度不高，铝密封面的耐磨、耐擦伤性能差，所以仅在低压和小口径的低温阀门中使用。
2）阀体、阀盖、阀座、阀瓣（闸板）材料的选用温度高于-100℃时选用铁素体钢，温度低于-100℃选用奥氏体钢，低压及小口径阀门可选用铜和铝等材料。
3）阀杆及紧固件的材料选用温度高于-100℃时，阀杆和螺栓材料采用Ni、Cr-Mo等合金钢，经适当的热处理，以提高抗拉强度和防止螺纹咬伤等。
温度高于-100℃时，采用奥氏体不锈耐酸钢。
18-8耐酸钢硬度低，会造成阀杆与填料相互擦伤，至使填料处泄露。
所以阀杆表面必须镀硬铬（厚度0.04-0.06mm）,或进行氮化和镀镍磷处理，以提高表面硬度。
为防止螺母与螺栓咬死，螺母一般采用Mo钢或Ni钢，同时在螺纹表面涂二硫化钼。
2、低温阀垫片、填料的选用随着温度降低，氟塑料收缩量很大，会使密封性能下降，容易引起泄露。
石棉填料无法避免渗透性泄露，橡胶对液化天然气有泡胀性，在低温下不可采用。
在低温阀门设计中，一方面由结构设计来保证使填料处于接近环境温度下工作。
另一方面在选择填料是要考虑填料的低温特性。
低温阀中一般采用浸渍聚四氟乙烯的石棉填料。
柔性石墨对气体、液体均不渗透，较低的紧固压力就可达到密封,它还有自润滑性。
柔性石墨的使用温度范围为-200-870℃。
低温阀门也可采用无填料的波纹管密封结构。
低温阀门用垫片必须在常温、低温及温度变化下具有可靠的密封性和复原性。
常采用聚四氟乙烯和耐酸钢带绕制的缠绕式垫片，优先选用柔性石墨和耐酸钢带绕制的缠绕式垫片(-200℃)。
二、低温阀门的特殊结构1）阀体应能充分承受温度变化而引起的膨胀、收缩，且阀座部位的结构不会因温度变化而产生永久变形。
低温阀门密封性能的研究与分析
低温阀门密封性能的研究与分析文章阐述了低温对于阀门的一些零件的干扰，以材料使用和结构设计等层次的内容来论述了应对方法和要关注的具体内容。
标签：阀门；低温阀门；密封性能1 低温对于密封性的干扰1.1 非金属密封副在常温下工作的球阀和蝶阀等一般均采用金属对非金属材料密封副。
因为此类材料本身的弹性非常的高，其获取密封需要的比压不是很大，所以它的密封性较好。
不过在低温的背景之中，因为它比金属材质的膨胀性要高，此时就导致它在低温的时候收缩性和金属等材质的有着较高的差异，进而使得密封比变弱，不能够实现密封的意义。
很多的非金属的物质在较低的气温之中会失去其自身的韧性，进而导致冷流等特征。
比如橡胶，当其气温比玻璃化的气温要低的话，其就不具有弹性了，此时就会变成玻璃态的，不具有密封特征了。
另外橡胶在LNG 介质中存在泡胀性，也无法用于LNG阀门。
因此目前在设计低温阀门时，一般温度低于-70℃时不再采用非金属密封副材料，或将非金属材料通过特殊工艺加工成金属与非金属复合结构型式。
1.2 金属密封副当处在低温模式之中的时候，金屬物质的强度以及硬度等增高了，它的塑性以及韧性等变弱，此时就会发生一定的冷脆问题，进而干扰到阀门的安全性。
为了避免这种问题发生，在设计的时候，如果其气温超过了-100℃采用铁素体不锈钢材料，而温度低于-100℃时，阀体、阀盖、阀杆、密封座等大多采用具有面心立方晶格的奥氏体不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金等。
不过因为铝等的硬度太低，密封面不具有抗摩擦性，因此很少使用。
通常使用奥氏体材料，它们不具有上述的冷脆温度，就算是在低温的状态之中还可以维持非常好的韧性。
不过，此类材料在使用的时候也面对着很多的不利现象。
由于此类物质一般在常温之中时处在一种不是很稳定的模式之中的，如果气温下降到一定的数值之下的话，材料中的奥氏体会转变成马氏体。
对于体心立方晶格的马氏体致密度低于面心立方晶格的奥氏体，且由于部分碳原子规则化排列占据体心立方点阵位置，使晶格沿C轴方向增长，从而体积发生变化引起内部应力的增加，使原本经研磨后达到密封要求的密封面产生翘曲变形，造成密封失效。
用于LNG的低温球阀的特性研究
２
２ ４ ３ ２ ４
４
６ ４ ６
一
、
前言
Ｃ Ｆ ３ห้องสมุดไป่ตู้
Ｓ Ｃ Ｓ １ ９ Ａ 固溶 ＋深冷 一１ ９ ６ ～２ ０ ０
Ｃ Ｆ ３ Ｍ Ｓ Ｃ Ｓ １ ６ Ａ 固溶 ＋深冷 — — ２ ５ ４ — — ４ ５ ５
近年来 ，由于能源 紧缺 ， 液化 天然气（ Ｌ ＮＧ ） 成为主 要能 源之一 。用于Ｌ Ｎ Ｇ 的球 阀因为使 用在超 低温的 环 境下 ，对阀门的结构 、材料选择 、制造及检验等均提 出
表１ 烟中特殊阀门低温球阀主要零件材料
零件名称
一
３ ． 密封面
在 低温 状 态 下 ， 由于 非 金 属材 料 的 膨 胀 系 数较 大， 低温时 的收缩量 与金属密封件 、阀体等耦合件的收 缩量相差很 多 ， 导致 密封性能大幅下降 。同时大多数非 金属材 料在超 低温 状态 下会发 生晚性转 变并 容 易导 致 冷流和 应 力松 弛 。低于 一 ７ ０ ℃的环境 就不再 采用非 金
Ｓ Ｕ Ｓ ３ １ ６ Ｌ 自熔 合金 Ｖ ＃ ６ ５ ９ Ｏ
填料 紧固怍
Ｇｒ ａ ｆ ０ － １ Ａ ３ ２ ０
一
Ｇ ｒ ａ ｆ ０ ｉ ｌ
Ｂ８ Ｍ
Ｇ ｒ ａ ｒ ０ ｉ ｌ
ＡＳ ＴＭ Ａ１ ９ ３一 Ｂ８ Ｍ
球体 与阀座 之 间在整个 启闭过 程 中始 终 紧密贴合 存在 着摩擦 ，且金属密封 副所 要求 的密封 力较大 ，未经表面 硬化 处理 的球体 与 阀座 之 间会 擦伤 ，影 响球 阀 的密封 性能 ，烟中特殊 阀门生产的低温球 阀选用超声速火焰喷 涂 （ Ｈ Ｏ Ｆ Ｖ ）或者喷焊技 术在球体和 阀座密封表面喷涂 ＷＣ或 镍铬 合金 ， 使表面硬度达￣ １ Ｊ ６ ８ ～７ ２ Ｈ Ｒ Ｃ ，再进行
LNG阀门低温试验工艺技术研究
螺 栓应 该 按照 阀门厂 家规 定 的扭矩 值 进行 紧 固 。 ３ ． ４ 低 温试 验装 备 安装
材 料准 备 ：盲 法 兰 、ＤＮ１ ５ 管线 、管 件等 。
必要 的 设备 ：干燥 氦气 瓶 、压力 表 、压力记 录 仪 、压 力释 放 阀 、液氮 槽 、温度 记录 仪 、气 体流 量
２ ９ ０
中
国
造
船
学 术 论 文
表 １ 逐步增压推荐值 公称压力／ ＭＰ ａ
２ ０ ５０
压力增值／ ＭＰ ａ
０ ＿ ３ ５
０． ７５ ｌ
６ ４
１ ００
２
４ ． ２ 单 向阀低 温压 力试验 工艺 （ １ ）步骤 与上述４ ． １ 中 （ １ ）相 同 。 （ ２ ）步骤 与上述４ ． １ 中 （ ２ ）相 同 。 （ ３ ）步骤 与上述 ４ ． １ 中 （ ３ ）相 同 。 （ ４ ）将 单 向阀掉换方 向，利 用试验 流体 的压 力关 闭单 向阀的 阀瓣 ，重 复三 次 。 （ ５ ）将 阀门处于 反 向流 动工况 时 ，逐步升 高压 力 ，按表 １ 增 压推 荐值逐 步升压 ，一直达 到温度 为一 １ ９ ６ ￣ Ｃ。
５ ４卷
增刊 ２
魏
彦，等 ：Ｌ ＮＧ阀门低温试验工艺技术研究
２ ８ ９
３ ． ３ 压 力试验 前 的具 体条 件
在 低温 试 验前 ，应按照 Ａ Ｐ Ｉ ５ ９ ８ 完成 壳 体强 度 、壳体 泄漏 、 阀座 泄漏 的常温 下压 力试验 。
计等。
按照 图 ｌ ，将 试压 设 备 、材 料 及 阀 门装配 完成 。
LNG超低温蝶阀的研制
２密封副 ．
阀体上的 阀座依靠镶嵌 在阀体槽内的压环和螺钉 固 定于阀体上 ，蝶板主要 由蝶板本 体、压板以及密封件组
合而成 ，阀座与蝶板上的密封件构成密封副 。由于Ｌ ＮＧ 常压下 的温度为 一１ ２ ６ ℃，因此密封副 的设计采用 了金
图３ ９５ ／ＴＥ ６ ０Ｈ ＇逸散组合式 阀杆填料 Ｉ
…
Ｇ Ｍ一
生产 到消费的整个流程中 ，需要用到大量 的阀门 ，该类 阀门属 于超低 温 阀门之 一 。做 为近年 来发 展最 为迅 速
的 蝶阀来 说 ，在ＬＮＧ的运 用中也越 发重 要起 来。而 国
内对Ｌ ＮＧ用超低 温蝶 阀仍然是 一空 白。为此 ，研制 开
＼
．
发ＬＮＧ用超 低温蝶 阀势 在必行 。该 系列 阀门主 要针 对
性 、可靠性 比普 通低温阀 门的要求 更高 ， 且要求具有 并
行 必然导 致 密封 圈的磨 损 ，随 之而来 的是 阀门密封 性
２１ ０
１第 ｗ．． ５ 年５ ｎ］ ３ 期、 ｎ ’ ｖ ｘ
ｌ ｉ ｅ［
黼
石 油 ／ Ｉ 通 用 机 械 化 Ｇ ｔｌ ｍ ～ Ｊ ｌ ， ＭｉＰ ｒ— 一 ～， ｎ ｅｏ ｕ Ｃ ， ｅ ｈ ， １
ＬＧ Ｎ 超低温蝶阀的研制
天工 阀 门 集 团有 限公 司 （ 江温 州 ３５ ０ ）候 晋 峰 ｎ￣ 来 浙 ２ １２ － Ｉ －
【 摘
要 】介 绍 了液化 天然 气 （Ｎ ）接 阀主管线多采用对焊 ＮＧ
结构 设计 。对焊 结构 的Ｌ ＮＧ超低 温蝶 阀主要 包括 带检
Ｌ ＮＧ￣ 况介质 ，公称压 力１０ ０ １ （ｌ＝ ．５ ｋ ） ， ２ ５ ～６ ０ｂ １ ０ ４ ｇ ｂ ４