低温球阀
超低温球阀的结构设计特点及安装要求
超低温球阀的结构设计特点及安装要求摘要：石油化工产业化的不断发展，使得液化天然气也获得了较好的发展前景，进而也对超低温阀门的需求量及工艺技术出了越来越高的要求。
对此，面对市场环境的变化，为满足液化天然气应用需求，根据超低温球阀结构的设计要点，如阀盖、密封部件、泄压部件等，再超低温球阀经过低温试验等工序，才能符合工业化生产要求。
关键词：超低温球阀；结构设计；安装要求；引言：球阀开关阀门外形是带有一个圆形通道的球体，通道和球体间的中轴线呈现出环绕垂直的结构，进而实现对介质流量和通道开关控制。
一般情况下，球阀开关阀门是固定的，有外力作用也不会发生移动。
球阀结构的组成部分主要有阀杆、支架、阀盖、阀体、滴水板和驱动装置等元件，超低温球阀的结构设计在经过一体式、二片式、三片式的结果优化设计过程后，促使球阀漏点有所降低。
1.超低温球阀概述石油化工的生产线上，输送介质的温度不同对球阀的定义也不同。
一般情况下，当输送介质的温度小于－40℃则定义为低温球阀；当输送介质的温度低于－40℃且低于－101℃则定义为超低温球阀。
其中，空分生产装置中常常会应用到超低温球阀，另外在含有液化天然气、液化石油气等介质的产品中也有应用。
液态低温介质保存、运输或使用的最大危险则是易燃易爆，若闪蒸或升温则容易出现气化现象，当低温或超低温介质发生气化，则短时间内膨胀。
若在运输过程中，液态低温介质的阀门存在密封阀腔不严密、结构设计有问题等情况，阀腔内的压力过高，甚至会使得阀门开裂引发严重的安全事故[1]。
2.超低温球阀结构设计特点2.1阀盖结构设计优化设计超低温球阀阀盖，应注意腔内的流体温度。
根据球阀自身的结构功能，可应用加长阀盖，保证填料装置、低温区、阀门控制装置之前的距离。
但是应该注意的是，阀门填料温度控制较为严格，温度降低，但是要避免霜冻对填料的影响。
除此之外，超低温球阀结构设计中，不仅要保障球阀阀盖等部件能正常启用，且应避免操作球阀、低温介质环境下，工作人员发生冷灼伤意外。
超低温阀门
4.超低温常规阀制造工艺过程
7、座圈研磨和配门： 阀体座圈密封面研磨。先用36目铁砂纸研磨，再用180目红砂纸研磨，最后用400目砂 纸 研磨，表面粗糙度在Ra0.4以上， 配门时，闸板试闸线上口线重，下口线淡，两边对称，均匀过渡，必须全面有线， 闸板密封面研磨，先用180目红砂纸研磨，再用400目砂纸研磨，表面粗糙度在 Ra0.4以上， 最后用刀口尺透光检查密封面平面度， 8、清洗： 按常规清洗执行，用压力冷水清洗，注意座圈与阀体的缝隙。 9、深冷处理： 阀体、阀盖、闸板/阀瓣、阀杆进行深冷处理，即将这些零件浸入液氮中，当液氮 面无沸腾 现 象后记时，保持2小时（工件最大厚度≤50mm），保持3小时（工件最大厚度 ＞50mm） 10、常规装配和试验： 装配时要求点焊的部位先不点焊，待脱脂后再装配时点焊，注意闸板上的压力泄放孔的 方向，做好标记，装配时中法兰螺栓、活节螺栓、压盖螺纹配合处及螺母背面必须涂 二硫化钼，多余的露在外面的应清除干净，阀杆螺母螺纹及凸台处涂硅脂，内腔及密封 面 严禁上油， 装配、试验过程中应避免打磨及磕碰伤，用规定扭矩，对阀门进行常规试验，试验合格 后 对整机进行超声波清洗。 11、解体： 阀门必须解体，零件摆放整齐。标准规定：超低温阀门的零件必须干燥和脱脂。 G lo b a l S u p p lie r f o r Va l ve S o lu t io n s 12、精密研磨：
闸 阀：150LB~900LB
截止阀：150LB~900LB 止回阀：150LB~900LB
G lo b a l S u p p lie r f o r Va l ve S o lu t io n s
2.超低温闸阀结构
G lo b a l S u p p lie r f o r Va l ve S o lu t io n s
低温阀门 基础知识
温度℃ 公称通径 mm 15 20 25 40 50 80 100 in ½ ¾ 1 1½ 2 3 4Biblioteka ≥-60≥-100
<-100
颈部长度L/mm
90 100 100 110 110 120 130 110 110 120 130 130 150 160 130 140 150 160 170 190 200
4、阀座、阀瓣(闸板)密封面 低温阀门的关闭件采用钴铬钨 硬质合金堆焊结构。软密封结 构由于聚四氟乙烯膨胀系数大， 低温变脆，所以仅适用于温度 高于-70℃的低温阀。聚三氟乙 烯可用于-162℃的低温阀。 6、阀杆 阀杆材料采用奥氏体不锈钢。
8、填料函及填料 填料函不能与低温直接接触，而设计在长颈阀 盖顶端，使填料函处于离低温较远的位置，在 0℃以上的温度环境下工作。这样，提高了填料 函的密封效果。在泄漏时，或当低温流体直接接 触填料造成密封效果下降时，可以从填料函中间 加入润滑脂形成油封层，降低填料函的压差，作 为辅助密封措施。填料函多采用带有中间金属隔 环的二段填料结构。但也有的采用一般阀门填料 函结构和阀杆能自紧的二重填料函结构等其他型 式。 9、保冷 又称滴水板，是一块焊在填料函下部长颈部 分的圆形板。其主要作用：防止环境中的水 气遇冷成水之后，直接流入保温层里，结冰。
低温阀门 介绍 Cryogenic Valves
雷蒙德（北京）阀门制造有限公司
低温阀是一种在低温介质中工作的阀门。随着现代科技的发展，低温 工程制品的生产规模不断扩大，液氧、液氮以及液化石油气等得到广泛的 应用。尤其是液化天然气越来越受到世界各国的重视。 液化氨的温度-269℃，液氢的温度-254 ℃，液化氦的温度-196 ℃，液 氧的温度-183 ℃，液化天然气的温度-162 ℃，以上物质的液化分馏，运输 和储存都需要使用大量的低温阀门。 低温阀门的用途越来越广，需求越来越大，对低温阀的技术性能和工作 特性的要求也在不断提高。我国低温阀的研究起步较晚，品种规格少。过 去，国内引进装置上的低温阀主要依赖进口，为了改变这种状况，我公司 在国内进行开发并试制，经用户使用反映良好，完全能替代进口。 经过我公司多年制造，已积累了丰富的经验，从设计、工艺到制造日 趋成熟，并已开发形成了低温阀门的系列产品。 主要用于乙烯，液化天然气装置，天然气LPG、 LNG储罐，接受基地 及卫星站，空分设备，石油化工尾气分离设备，液氧、液氮、液氩、二氧 化碳低温贮槽及槽车、变压吸附制氧等装置上。 输出的液态低温介质如乙烯、液氧、液氢、液化天然气、液化石油产品 等，不但易燃易爆，而且在升温时要气化，气化时，体积膨胀数百倍。
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
低温球阀中文样本
质量安全是我们的首要责任
Habonim不仅掌握了精湛的技术，同时在阀门行业内 拥有丰富的经验，因此使我们可以开发出这种独特设 计的低温阀产品。 Habonim低温阀设计的标准配置为防火类型，适用 于各种危险性与非危险性环境。
凸榫与凹槽
低温阀阀体与连接端部
凸榫与凹槽设计通常用于各种防火安全型低温阀产品，在我 们的低温阀系列产品中采用了这种设计。这种独特的迷宫式 设计可确保零泄漏，允许膨胀石墨阀体密封件完全压缩，实 现阀体与端部的紧密接触。
低温阀
阀座和密封
当温度低于-200°C/-328°F时，Habonim建议采用 TFM 1600™或Habonim专用NRG阀座。如果温度更 低，Habonim建议采用PCTFE（KEL-F）阀座。这些 阀座会为客户立即带来实效，包括更低的操作扭矩、更 小的执行器及更有竞争力的产品。 当PCTFE阀座用于高强度17-4PH阀杆（代码M）时必 须采用合适的规格，确保能够承受高工作转矩。石墨/聚 四氟乙烯密封件用于低温系列；PTFE及标准石墨密封 件用于防火应用中。这两种密封件都能够用来提供相同 的阀体/端部密封。
阀门部件，包括阀球、阀杆及初始柔性部分均采用1.5倍额定静压 进行液压测试。然后再拆开阀门，采用超声波浴清洗并去除油 污，使阀非常清洁。所有低温阀在洁净室组装，并采用压力为 80psi的纯氦气进行100%在线测试，以及采用氦探漏仪进行检验 （验收标准为1×10-5立方厘米/秒）。 测试后，将阀端口密封好，并采用聚乙烯袋逐个密封包装好， 确保将阀门完好送到安装地点。 低温测试：在某些情况下，可能需要进行低温阀测试、低温条 件下的运转试验或燃烧试验。
材质规格 不锈钢ASTMA351 CF8M 不锈钢ASTMA351 CF3M/CF8M 不锈钢ASTMA351 CF8M 不锈钢ASTMA276 316/316L, 17-4PH TFM、NRG、PCTFE 不锈钢ASTMA351CF8M PTFE、石墨 NRG Hermetix™、石墨 不锈钢ASTMB783 316L 不锈钢ASTMA240 430 不锈钢ASTMA240 304 不锈钢ASTMA194 316 不锈钢ASTMA351CF8M 不锈钢ASTM316L 不锈钢AISI 304 不锈钢ASTMA582 303 PTFE、石墨 PTFE 不锈钢lSO4014A2-70 DIN127A2 不锈钢 ISO 4014 A2-70 DIN127A2 不锈钢AISI 316L 不锈钢AISI 302 不锈钢AISI 304 不锈钢ASTMA167 304
Neway超低温阀门介绍
Completed Solution for Engineering Valves
概述
• 纽威目前可以Βιβλιοθήκη 供满足 LNG行业要求的闸阀、截止阀、 止回阀、球阀（浮动及固定式） 和蝶阀。
低温阀门的其他应用: • 液态乙烷（Ethane）:-89℃ • 液态乙烯（Ethylene）:-104 ℃ • 液态甲烷（Methane）:-162 ℃ • 液氧（Oxygen）:-183 ℃ • 液氮（Nitrogen）:-196 ℃
5、阀门异常升压的预防
低温阀门关闭后，阀门中腔内会残留一些液体，随着时间的 增加，这些残留液体会逐渐的吸收环境热量，回升至常温并重新 汽化。汽化后，其体积会急剧膨胀，可以增加600倍之多，因此 会在中腔产生很高的压力。如果设计时没有采取合理的预防措施， 可能会使阀体阀盖变形，甚至有爆炸的危险，因此低温阀门的设 计必须有预防异常升压现象产生的机构。
低温闸阀采用闸板开泄放孔形式。
Completed Solution for Engineering Valves
设计特点
低温浮动球阀采用球体开孔形式来保证。
在球体上靠近阀门上游的位置钻一个合理尺寸的泄压 孔，保持上游和中腔的连通，提供阀体中腔过压保护功能。
低温浮动球阀球体开孔泄压。
Completed Solution for Engineering Valves
口径范围：1/2”～48”
压力范围：150LB～2500LB 连接方式：法兰、对接焊、
螺纹、RTJ
Completed Solution for Engineering Valves
典型结构及原理
超低温截止阀 ：
口径范围：1/2”～30”
压力范围：150LB～1500LB 连接方式：法兰、对接焊
LNG用超低温球阀设计选型探讨
LNG用超低温球阀设计选型探讨翟俊红【摘要】详述了超低温球阀的选材要求,检测和结构特点,并针对LNG装置超低温的运行工况,提出了超低温球阀设计选用注意的问题及解决方法,为超低温球阀的设计、采购、安装和使用提供参考.【期刊名称】《化工设计》【年(卷),期】2018(028)002【总页数】4页(P33-35,42)【关键词】LNG;超低温球阀;深冷处理【作者】翟俊红【作者单位】中海油石化工程有限公司济南 250101【正文语种】中文低温阀门是指能够在低温工况下使用的阀门，通常把工作温度低于-40℃的阀门称为低温阀门，工作温度低于-100℃的阀门称为超低温阀门。
目前，超低温阀门主要用于液化天然气(LNG)、乙烯工程及空分装置中。
本文根据液化天然气(LNG)超低温(-162℃)的存贮特点，具体讨论超低温工况下常用球阀的设计选用需注意的问题，为超低温球阀设计、采购和安装使用提供一定的参考。
液化天然气(LNG)是天然气独特的储存和运输方式，是气田开采或煤制天然气经脱水、脱酸和重烃类气体，然后压缩、冷却至约-162℃而成的低温液体。
2016年，世界天然气在一次能源消费结构中占比24.1%，而我国天然气一次能源消费结构占比为6.4%，远低于世界消费水平。
天然气发展“十三五”规划明确提出了力争2020年、2030年天然气占一次能源消费比重分别达到10%和15%的目标。
因此在这种国际和国内形势的大环境下研究在LNG超低温环境下使用的阀门材料、密封面形式、结构形式等方面的问题就显得尤为重要。
1 超低温球阀的设计1.1 阀门材料的选择LNG存储温度为-162℃，在此温度下，除奥氏体不锈钢之外其它金属材料会发生低温冷脆现象，也就是强度和硬度提高，塑性和韧性相应降低，从而影响了阀门的性能和安全。
为了防止材料在低温下改变性能，阀门的承压部件如阀体、阀盖等大多选用金相组织比较稳定的奥氏体不锈钢，但奥氏体不锈钢种类繁多，在超低温阀门制造中广泛应用的是Cr-Ni系奥氏体不锈钢，如304、304L、316、316L等。
低温球阀球体测量技术研究
２１ 三 点 式 测 量 ．
测 量原 理 如 图 １ 示 。工作 原 理 ：工装 与球 体 接 触 所 的部分 为 锥面 设计 ，由常 识可 知 ，当 一个 正锥 形 和一 个 球 体相 接 触 时 ，正锥 的轴 线会 穿 过球 心 ，利用 此 原理 设 计 两个 在 同一 轴线 上 的正 锥与 球体 两 端接 触 ，此 时可 以 认 为轴 线 过 球 心 ，在 与
优 缺 点 见 表 ３ 。 表 ３ 四点 式 测 量 的优 缺 点
Ｔ ｂ３ ａ ． Ｍ ｅ ｉ ｎ ｅ ｅ ｔ ｆ ｈ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔｂ ｓ ｄ ｏｎ ｒｓａ ｄ ｄ ｆ ｃｓｏ ｅｍ ａ ｕｅ ｔ ｔ ｎ ａ ｅ
ｆ ｕ ｐ ｔ ｏ ｒ ｏｓ ｓ
千 分表 等 测 量 装 置 ，沿 轴线 转 动得 到 最 高 点 读
【 分类
定义
主要特 点
主要 测量手段
依 赖 于 千 分 尺 和 专 用 工 装
在 线 即 球 体 在 加 工 或 测 量 者 研 磨 过 程 中 需 不 可 以拆 卸 要 的 测 量
量 ，提 出了 四种 球 体测 量 的新 方 法 ．为完 善低 温 球 阀 阀 体 现有 的加丁 和测 量技 术 提供 了新 思路
ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｔ ｃ ｉ ｕｅ ｆｃ ｙ ｇ ｎｉ ｌ ｖ ｖ ． ａ ｕ ｅ ｎ ｅ ｈｎ ｑ ｓ ｏ ｒ ｏ ｅ ｃ ｂａｌ ａ ｅ ｌ
Ｋ ｅ ｒ ：ｃｙ ｅ ｃｂａｌ ｌ ｅ； ｓａｉ ｙ ｗｏ ｄｓ ｒｏｇ ｎｉ ｌｖａｖ ｅｌ ｎｇ； ｒ ｕｎ ｎｅｓ ｓ ｅ ｃｔ ａｕ ｅ ｎ ｏ ｄ ｓ ； ｐｈ ｒ ｉ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｉ ｙ
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低温球阀原理
球阀是由旋塞演变而来的,它的启闭件作为一个球体,利用球体绕阀杆的轴线旋转90o实现开启和关闭的目的。
球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向,设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。
球阀不仅结构简单、密封性能好,而且在一定的公称通经范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小,并且驱动力矩小,操作简便、易实现快速启闭,球阀是近十几年来发展最快的阀门品种之一。
特别是在美、日、德、法、意、西、英等工业发达国家,球阀的使用非常广泛,使用品种和数量仍在继续扩大,并向高温、高压、大口经、高密封性、长寿命、优良的调节性能以及一阀多功能方向发展,其可靠性及其他性能指标均达到较高水平,并已部分取代闸阀、截止阀、节流阀。
随着球阀的技术进步,在可以预见的短时见内,特别是在石油天然气管线上、炼油裂解装置上以及核工业上将有更广泛的应用。
此外,在其他工业中的大中型口径、中低压力领域,球阀也将会成为主导的阀门类型之一。
球阀是本世纪50年代问世的一种阀门,在半个世纪的时间里,球阀已发展成为一种主要的阀类。
球阀主要用于截断或接通介质,也可用于流体的调节与控制,V型球阀能够进行比较精确的流量调节与控制,而三通球阀则用于分配介质和改变介质的流向。
与其它阀类相比,球阀具有如下的一些优点：
低温球阀作用
1、流体阻力小,球阀是所有阀类中流体阻力最小的一种,即使是缩径球阀,其流体阻力也相当小。
2、开关迅速、方便,只要阀杆转动90°,球阀就完成了全开或全关动作,很容易实现快速启闭。
3、密封性能好。
球阀阀座密封圈一般采用聚四氟乙烯等弹性材料制造,易于保证密封,而且球阀的密封力随着介质压力的增加而增大。
4、阀杆密封可靠。
球阀启闭时阀杆只作旋转运动,因此阀杆的填料密封不易被破坏,而且阀杆倒密封的密封力随着介质压力的增加而增大。
5、球阀的启闭只做90°转动,故容易实现自动化控制和远距离控制,球阀可配置气动装置、电动装置、液动装置、气液联动装置或电液联动装置。
6、球阀通道平整光滑,不易沉积介质,可以进行管线通球。
低温球阀标准
公称压力或压力级：PN1.0-32.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K。
公称通径或口径：DN6～900、NPS 1/4 ～36。
连接方式：法兰、对焊、螺纹、承插焊等。
适用温度：-196℃～540℃。
驱动方式：手动、蜗轮蜗杆传动、气动、电动、液动、气液联动、电液联动。
阀体材料：WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M(316L)、Ti。
选用不同的材质,可分别适用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介质、尿素等多种介质。
球阀选型
球阀是用带有圆形通道的球体作启闭件,球体随阀杆转动实现启闭动作的阀门。
球阀的启闭件是一个有孔的球体,绕垂直于通道的轴线旋转,从而达到启闭通道的目的。
球阀主要供开启和关闭管道和设备介质之用。
低温球阀优点
球阀主要优点如下：
适用于经常操作,启闭迅速、轻便。
1. 流体阻力小。
2. 结构简单,相对体积小,重量轻,便于维修。
3. 密封性能好。
4. 不受安装方向的限制,介质的流向可任意。
5. 无振动,噪声小。
低温球阀缺点
球阀主要缺点如下：球阀按结构形式可分为：浮动球阀、固定球阀、弹性球阀和油封球阀；按通道可分为直能式、角式和三通式等,三通式又可分为T形和L形两种。
按连接方工可分为螺纹式连接、法兰连接和焊接式三种。
球阀安装与维护应注意以下事项：
1. 要留有阀柄旋转的位置。
2. 不能用作节流。
3. 带传动机构的球阀应直立安装。