近幾十年，隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程項目中對低溫閥門(mén)的需求越來(lái)越多。低溫閥門(mén)在化肥、LNG及石油化工等領(lǐng)域使用較多。適用于介質(zhì)溫度-40℃～ -250℃的閥門(mén)稱(chēng)之為低溫不銹鋼閥門(mén)。低溫閥門(mén)包括低溫球閥、低溫電磁閥、低溫閘閥、低溫截止閥、低溫過(guò)濾器，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，低溫電動(dòng)調節閥，低溫氣動(dòng)調節閥，低溫緊急切斷閥，低溫電動(dòng)球閥，低溫氣動(dòng)球閥等低溫閥門(mén)所控制的介質(zhì)除了液氮和其他液態(tài)惰性氣體外，大部分介質(zhì)不但易燃、易爆，而且在升溫或者閃蒸時(shí)會(huì )發(fā)生氣化，致使體積急劇膨脹，容易導致泄漏和爆燃?；诮橘|(zhì)特點(diǎn)及適應閥門(mén)在低溫下使用的要求，低溫閥門(mén)的設計、制造、試驗和安裝方法等均與普通閥門(mén)有不同之處。

不同標準對低溫閥門(mén)有不同定義。

（1）英國閥門(mén)標準 BS6364《低溫用閥門(mén)》適用于介質(zhì)溫度范圍為-50℃~-196℃ ；

（2）美國標準 MSSSP-134 《對低溫閥門(mén)及其閥體/閥蓋加長(cháng)體的要求》對低溫的解釋為“對于標準慣例來(lái)說(shuō)，低溫范圍介于-100℃~ -195℃”；

（3）中國國家標準GB/T 24925《低溫閥門(mén)技術(shù)條件》標準適用于介質(zhì)溫度范圍為-29℃~-196℃；

（4）殼牌閥門(mén)標準SHELL MESC SPE 77/200《低溫及超低溫用閥門(mén)》適用于介質(zhì)溫度范圍為-30℃~-196℃。

（5）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(chēng)為低溫 ，-150℃以下稱(chēng)為超低溫。

   石化行業(yè)對低溫閥門(mén)的定義是按照輸送介質(zhì)的設計溫度來(lái)定義的，一般將應用在介質(zhì)溫度 -40℃以下的閥門(mén)稱(chēng)作低溫閥，應用在介質(zhì)溫度 -101 ℃以下的閥門(mén)稱(chēng)作超低溫閥門(mén)。

1,低溫閥門(mén)的材料選擇

   低溫閥門(mén)的工作介質(zhì)不僅溫度低，而且大部分或，而且滲透性強，因此決定了對閥門(mén)用材的諸多特殊要求。在低溫狀態(tài)下鋼的機械性能與常溫時(shí)不同，低溫用鋼，除強度外，重要的指標就是其低溫沖擊韌性。材料的低溫沖擊韌性與材料的脆性轉變溫度有關(guān)，材料的脆性轉變溫度愈低，材料的低溫沖擊韌性愈好。碳鋼等體心立方晶格的金屬材料存在低溫冷脆現象，而奧氏體不銹鋼等面心立方晶格的金屬材料其沖擊韌性基本不受低溫影響。 

   低溫閥門(mén)閥體、閥蓋等耐壓零件的材料，通常采用低溫強度好的韌性材料，同時(shí)還要考慮焊接性、機加工性能、穩定性和經(jīng)濟性等因素。設計時(shí)，常用的是-46℃、-101℃和-196℃三個(gè)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系列奧氏體不銹鋼，這種不銹鋼有適中的強度、較好的韌性和較好的加工性能等。

2,石化低溫閥門(mén)的結構設計

(1),閥蓋結構設計:低溫閥門(mén)的一個(gè)顯注的特點(diǎn)就是其閥蓋一般為長(cháng)頸結構，在GB/T24925《低溫閥門(mén)技術(shù)條件》中也有明確規定 “低溫閘閥、低溫截止閥、低溫球閥、蝶閥的閥蓋應根據不同的使用溫度要求設計成便于保冷的長(cháng)頸閥蓋結構，以保證填料函底部的溫度保持在0℃以上”。加長(cháng)閥蓋結構的設計主要是為了使閥門(mén)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(cháng)填料的使用壽命。因為在低溫狀態(tài)下隨著(zhù)溫度的降低，填料彈性逐漸消失，防漏性能隨之下降，由于介質(zhì)滲漏造成填料與閥桿處結冰，影響閥桿正常操作，同時(shí)也會(huì )因閥桿上下移動(dòng)而將填料劃傷，引起嚴重泄漏。所以低溫閥門(mén)必須采用長(cháng)頸閥蓋結構形式。此外，長(cháng)頸結構還便于纏繞保冷材料，防止冷能損失。由于低溫管道一般有著(zhù)較厚的保冷層厚度，長(cháng)頸閥蓋便于保冷施工，并使填料壓蓋處于保冷層外，有利于需要時(shí)隨時(shí)緊固壓蓋螺栓或添加填料而無(wú)需損壞保冷層。

   BS6364、MSS SP-134 和 SHELL MESC SPE77/200 標準均對閥蓋加長(cháng)尺寸進(jìn)行了規定。其中，BS6364規定了15～500帶冷箱的加長(cháng)尺寸，并規定非冷箱小加長(cháng)長(cháng)度應為250mm；MSS SP-134 則包含了15～300的帶冷箱和非冷箱的加長(cháng)尺寸要求，比較而言，非冷箱加長(cháng)尺寸比BS6364 規定長(cháng)，帶冷箱加長(cháng)尺寸比BS6364 規定短。SHELL MESC SPE 77/200則沒(méi)有對帶冷箱和非冷箱進(jìn)行區分，規定了15～1200在不同溫度范圍的長(cháng)度 。 

   綜合考慮，SHELL MESC SPE 77/200 其加長(cháng)長(cháng)度選用范圍較寬使用比較方便可靠，如用于低溫關(guān)鍵場(chǎng)合可參考 SHELL MESC SPE 77/200 標準進(jìn)行設計或按設計單位特殊長(cháng)度要求進(jìn)行設計。此外，在進(jìn)行長(cháng)度選用時(shí)還需考慮設計保冷層厚度是否大于該長(cháng)度，如是則應加長(cháng)以和保冷厚度匹配。 

(2),滴水板結構設計:由于閥門(mén)內傳遞是低溫介質(zhì)，為了避免或減少介質(zhì)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(mén)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(mén)進(jìn)行了實(shí)驗驗證，并證明了帶有滴水板的閥門(mén)閥蓋上端溫度較高。由于延長(cháng)閥蓋上部的溫度較低，通常情況下閥門(mén)暴露在空氣中，空氣中的水蒸氣遇到低溫閥蓋會(huì )液化成水珠，滴水板的直徑超過(guò)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，避免螺栓銹燭影響在線(xiàn)維修。此外，滴水板需設置在保冷層外側，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:對于有密閉中腔結構的低溫閥門(mén)，當應用在易燃、易爆且容易氣化的介質(zhì)時(shí)，對于閥門(mén)密封結構有著(zhù)特殊的要求。一些低溫介質(zhì)在汽化后其體積會(huì )升高，例如，液化天然氣汽化后的體積為液態(tài)時(shí)的六百多倍，當閥門(mén)為閉合狀態(tài)且周?chē)h(huán)境溫度相對較高時(shí)，閥體內的低溫介質(zhì)吸收環(huán)境中熱量而逐漸汽化，其體積迅速上升，導致閥門(mén)內部超壓，甚至威 

   因為低溫閥門(mén)的特殊結構，低溫閥門(mén)的安裝亦有其特殊要求。因為低溫閥門(mén)的長(cháng)頸閥蓋結構特點(diǎn)，低溫閥門(mén)在安裝時(shí)閥桿閥桿方向必須在垂直向上的45度角范圍內，且應盡量避免安裝在垂直管線(xiàn)上。否則低溫介質(zhì)將充滿(mǎn)閥蓋的加長(cháng)部分，造成閥門(mén)填料失效，并會(huì )將冷量傳給閥門(mén)手柄，給操作人員帶來(lái)人身傷害。對于有泄壓結構的低溫閥門(mén)，在安裝閥門(mén)時(shí)，要特別注意閥門(mén)泄壓方向的要求。閥門(mén)泄壓的方向應在工藝流程圖上標出，并體現在管道軸測圖中。

1、內漏：閥門(mén)產(chǎn)生內漏主要原因是密封副在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生變形所致。當介質(zhì)溫度下降到使材料產(chǎn)生相變時(shí)造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產(chǎn)生翹曲變形而造成低溫密封不良。

2、閥門(mén)的外漏：其一是閥門(mén)與管路采用法蘭連接方式時(shí)，由于連接墊料、連接螺栓、以及連接件在低溫下材料之間收縮不同步產(chǎn)生松弛而導至泄漏。因此可把閥體與管路的連接方式由法蘭連接改為焊接結構，避免了低溫泄漏。其二是閥桿與填料處的泄漏。 

   對所生產(chǎn)的低溫閥門(mén)制定了嚴格的制造工藝和采用專(zhuān)用設備，對零件的加工進(jìn)行嚴格的質(zhì)量控制。經(jīng)特殊的低溫處理，將粗加工的零件置于冷卻介質(zhì)中數小時(shí)（2-6小時(shí)），以釋放應力，確保材料的低溫性能，保證精加工尺寸，以防閥門(mén)在低溫工況時(shí)，因溫度變化造成變形而導致的泄漏。閥門(mén)的裝配與普通閥門(mén)也不同，零件需經(jīng)過(guò)嚴格的清洗，除去任何油污，以保證使用性能。 

   對低溫閥的主要零部件作低溫處理并每批抽樣作低溫沖擊試驗，以保證閥門(mén)在低溫工況時(shí)不脆裂，經(jīng)得起低溫介質(zhì)沖擊。

1、對每臺閥門(mén)進(jìn)行以下試驗：

（1）常溫殼體強度試驗；常溫低壓上密封試驗；常溫低壓密封試驗；

（2）低溫上密封氣密試驗（有上密封時(shí)）；低溫氣密封試驗等，以確保整臺低溫閥門(mén)符合標準的規定；

（3）對主要零部件作低溫處理并每批抽樣作低溫沖擊試驗，以保證閥門(mén)在低溫工況時(shí)不脆裂，經(jīng)得起低溫介質(zhì)沖擊；

（4）低溫（深冷 ）閥門(mén)均按相應材料規范進(jìn)行低溫處理和沖擊試驗；

（5）閥體與閥桿或內件與閥體間導通電阻小于1歐姆。 

2、低溫閥門(mén)試驗設備：

   低溫閥試驗裝置、液氮儲存裝置、低溫處理槽

3、低溫閥門(mén)試驗方法：

（1）試驗前的準備

   清除閥門(mén)零件的油漬，將它們擦干凈并在干凈，沒(méi)有灰塵和油漬的環(huán)境下將閥門(mén)裝配好；將螺栓擰緊到預定的力矩值和拉力值，并記錄下該值；用合適的熱電偶與閥門(mén)連接，從而能在整個(gè)試驗過(guò)程中監控閥門(mén)的溫度。

（2）試驗

   將閥門(mén)安裝在試驗容器內并連接好，要確保閥門(mén)填料處在容器頂部沒(méi)有汽化氣體的位置在室溫下用規定介質(zhì)氣體以大閥座試驗壓力進(jìn)行初始的系統驗證試驗，以確保閥門(mén)是在合適的狀態(tài)下，然后開(kāi)始進(jìn)行試驗將閥門(mén)浸入液氮中進(jìn)行冷卻，液體的水平面至少淹住閥體與閥蓋的連接部位，在整個(gè)冷卻過(guò)程中一直向閥門(mén)提供氦氣。在冷卻過(guò)程中，用安裝在適當位置上的熱電偶對閥門(mén)的溫度進(jìn)行監控。閥門(mén)在試驗溫度下達到穩定。用熱電偶測定溫度以確信閥門(mén)的溫度達到均勻。在試驗溫度下用氦氣以大閥座試驗壓力進(jìn)行初始的驗證試驗在閥門(mén)的進(jìn)口側進(jìn)行閥座壓力試驗，能夠雙向密封的閥門(mén)，對兩個(gè)閥座分別進(jìn)行試驗。使閥門(mén)處在開(kāi)啟位置，關(guān)閉閥門(mén)出口側的針形閥，將閥腔中的壓力升至閥座試驗壓力。將該壓力保持規定的要求，檢查閥門(mén)填料處及閥體與蓋連接處是否泄漏，應無(wú)泄漏。使閥門(mén)恢復室溫，再進(jìn)行常溫密封試驗。試驗完成后，將閥門(mén)清潔、吹干，檢查合格后出廠(chǎng)。