低温阀门的设计、制造、安装

低温阀门的设计,制造、安装

目录

前言..............................................................................1

1.低温阀门的标准和定义.........................................................2

2.低温阀门的设计特点...........................................................2

2.1.低温阀门的材料选择.......................................................2

2.2.石化低温阀门的结构设计..................................................3

2.2.1.阀盖结构设计.........................................................3

2.2.2.滴水板结构设计......................................................4

2.2.3.泄压部件的结构设计..................................................4

2.2.4.防静电及防火结构设计................................................4

2.2.5.阀体................................................................5

2.2.6.阀瓣................................................................5

2.2.7.阀杆................................................................5

2.2.8.垫片................................................................5

2.2.9.填料函及填料.........................................................5

2.2.10.上密封.............................................................5

2.2.11.阀座、阀瓣（闸板）密封面...........................................b

2.2.12.中法兰螺栓..........................................................6

3.低温阀门的安装要求...........................................................6

4.低温阀门产生泄漏的原因......................................................6

5.低温阀门制造.................................................................6

6.低温阀门试验和检验...........................................................7

前言

近几十年，随着现代科学技术的发展，工程项目中对低温阀门的需求越来

越多。低温阀门在化肥、LNG及石油化工等领域使用较多。适用于介质温度-

40℃〜-250C的阀门称之为低温阀门。低温阀门包括低温球阀、低温电磁阀、

低温闸阀、低温截止阀、低温安全阀、低温止回阀，低温蝶阀，低温针阀，低

温节流阀，低温减压阀、低温电动调节阀、低温气动调节阀等低温阀门所控制

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的介质除了液氮和其他液态惰性气体外，大部分介质不但易燃、易爆，而且在

升温或者闪蒸时会发生气化，致使体积急剧膨胀，容易导致泄漏和爆炸。基于

介质特点及适应阀门在低温下使用的要求，低温阀门的设计、制造、试验和安

装方法等均与普通阀门有不同之处。

1.低温阀门的标准和定义

不同标准对低温阀门有不同定义。

（1）英国阀门标准BS6364《低温用阀门》适用于介质温度范围为-50℃~・

196℃；

（2）美国标准MSSSP-134《对低温阀门及其阀体/阀盖加长体的要求》对

低温的解释为“对于标准惯例来说，低温范围介于-100℃~-195℃”；

（3）中国国家标准GB/T24925《低温阀门技术条件》标准适用于介质温度

范围为-29℃~-196℃；

（4）壳牌阀门标准SHELLMESCSPE77/200《低温及超低温用阀门》适用于

介质温度范围为-30℃~-196℃。

（5）国外根据各种不同气体在常压下的液化温度一般分为六种温度级。

一级为0~-46℃

二级为-47~-60℃

三级为-61~-70℃

四级为

五级为-102~-196℃

六级为・253℃以下

一般将-46~-150℃称为低温，-150C以下称为超低温。

石化行业对低温阀门的定义是按照输送介质的设计温度来定义的，一般将

应用在介质温度-40C以下的阀门称作低温阀，应用在介质温度-101C以下的阀

门称作超低温阀门。

2.低温阀门的设计特点

2.1.低温阀门的材料选择

低温阀门的工作介质不仅温度低，而且大部分或，而且渗透性强，因此决

定了对阀门用材的诸多特殊要求。在低温状态下钢的机械性能与常温时不同，

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低温用钢，除强度外，重要的指标就是其低温冲击韧性。材料的低温冲击韧性

与材料的脆性转变温度有关，材料的脆性转变温度愈低，材料的低温冲击韧性

愈好。碳钢等体心立方品格的金属材料存在低温冷脆现象，而奥氏体不锈钢等

面心立方晶格的金属材料其冲击韧性基本不受低温影响。

低温阀门阀体、阀盖等耐压零件的材料，通常采用低温强度好的韧性材

料，同时还要考虑焊接性、机加工性能、稳定性和经济性等因素。设计时，常

用的是-46℃、和-196℃三个低温级别。-46c低温级一般选用低温碳钢，-

101C和-196C低温级一般选用300系列奥氏体不锈钢，这种不锈钢有适中的强

度、较好的韧性和较好的加工性能等。

2.2.石化低温阀门的结构设计

2.2.1.阀盖结构设计

低温阀门的一个显注的特点就是其阀盖一般为长颈结构，在GB/T24925

《低温阀门技术条件》中也有明确规定“低温闸阀、截止阀、球阀、蝶阀的阀

盖应根据不同的使用温度要求设计成便于保冷的长颈阀盖结构，以保证填料函

底部的温度保持在0℃以上”。加长阀盖结构的设计主要是为了使阀门操作手

柄和填料函结构远离低温区，既可以避免温度太低造成操作人员冻伤，也可以

保证填料函和压套在正常的温度下使用，防止填料的密封性能降低，延长填料

的使用寿命。因为在低温状态下随着温度的降低，填料弹性逐渐消失，防漏性

能随之下降，由于介质渗漏造成填料与阀杆处结冰，影响阀杆正常操作，同时

也会因阀杆上下移动而将填料划伤，引起严重泄漏。所以低温阀门必须采用长

颈阀盖结构形式。此外，长颈结构还便于缠绕保冷材料，防止冷能损失。由于

低温管道一般有着较厚的保冷层厚度，长颈阀盖便于保冷施工，并使填料压盖

处于保冷层外，有利于需要时随时紧固压盖螺栓或添加填料而无需损坏保冷

层。

BS6364、MSSSP-134和SHELLMESCSPE77/200标准均对阀盖加长尺寸进行

了规定。其中，BS6364规定了15〜500带冷箱的加长尺寸，并规定非冷箱小加

长长度应为250mm；MSSSP-134则包含了15〜300的带冷箱和非冷箱的加长尺

寸要求，比较而言，非冷箱加长尺寸比BS6364规定长，带冷箱加长尺寸比

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BS6364规定短。SHELLMESCSPE77/200则没有对带冷箱和非冷箱进行区分，规

定了15〜1200在不同温度范围的长度。

综合考虑，SHELLMESCSPE77/200其加长长度选用范围较宽使用比较方便

可靠，如用于低温关键场合可参考SHELLMESCSPE77/200标准进行设计或按设

计单位特殊长度要求进行设计。此外，在进行长度选用时还需考虑设计保冷层

厚度是否大于该长度，如是则应加长以和保冷厚度匹配。

2.2.2.滴水板结构设计

由于阀门内传递是低温介质，为了避免或减少介质温度向阀杆及其上端的

填充材料传递，防止这些材料因冻结而失效，可在阀门中增加滴水板结构。一

些研究机构对这种带有滴水板结构的阀门进行了实验验证，并证明了带有滴水

板的阀门阀盖上端温度较高。由于延长阀盖上部的温度较低，通常情况下阀门

暴露在空气中，空气中的水蒸气遇到低温阀盖会液化成水珠，滴水板的直径超

过中法兰直径，可以防止低温液化的水蒸气滴落在中法兰螺栓上，避免螺栓锈

烛影响在线维修。此外，滴水板需设置在保冷层外侧，可以防止冷凝的水滴落

到保冷层及阀体上部，保护保冷层及防止冷量流失。

2.2.3.泄压部件的结构设计

对于有密闭中腔结构的低温阀门，当应用在易燃、易爆且容易气化的介质

时，对于阀门密封结构有着特殊的要求。一些低温介质在汽化后其体积会升

高，例如，液化天然气汽化后的体积为液态时的六百多倍，当阀门为闭合状态

且周围环境温度相对较高时，阀体内的低温介质吸收环境中热量而逐渐汽化，

其体积迅速上升，导致阀门内部超压，甚至威胁到阀门的安全，导致介质泄露

甚至造成火灾事故，为保证阀门和工厂的安全性，此类阀门要求带中腔自泄压

结构，使阀门内腔压力异常超压时，实现自动泄放。如低温闸阀、球阀，由于

阀门密封原理不同，在泄压设计上，会有明显的区别。不过不同的厂家在泄压

结构的设计上，多有自己不同的特点。

2.2.4.防静电及防火结构设计

由于低温阀门一般应用在易燃、易爆的介质上，防静电设计及防火设计显

得尤为重要。防静电设计主要是以一种类似避雷针的引导电流方式，将阀杆与

阀体导通，从而将静电导出以消除安全隐患，保证整个系统的供应安全。如

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GB/T24925明确规定“用于易燃蒸气或液体的具有软阀座或软的关闭插入部件

的阀门，在设计时应保证阀体和阀杆具有导电连贯性，放电路径大电阻不应超

过10。。”。防火结构的设计主要是针对因温度剧烈变化而导致的介质泄露问

题而进行的，防火结构的设计与普通阀门的设计要求类似。

2.2.5.阀体

阀体应能充分承受温度变化而引起的膨胀、收缩。而且阀座部位的结构不

会因温度变化而产生变形。

2.2.6.阀瓣

闸阀采用挠性闸板或开式闸板；截止阀的平阀座及针形阀，采用塞子形的

阀瓣。这些结构形式不论温度如何变化，均能保持可靠的密封。

2.2.7.阀杆

阀杆需镀铭、镀银磷或经氮化处理，以提高阀杆表面硬度，防止阀杆与填

料、填料压套（压盖）相互咬死，损坏密封填料，造成填料函泄漏。

2.2.8.垫片

垫片选用要考虑垫片材料的低温性能，如压缩回弹性、预紧力、紧固压力

分布以及应力松弛特性等。

2.2.9.填料函及填料

填料函不能与低温段直接接触，而设在长颈阀盖顶端，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卜♦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离环的二段填料结构。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。

2.2.10.上密封

低温阀都设上密封座结构，上密封面要堆焊钻格铝硬质合金，精加工后研

磨。

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2.2.11.阀座、阀瓣（闸板）密封面

低温阀的关闭件采用钻铭鸨硬质合金堆焊结陶。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-70C的低温阀，但聚三氨乙

烯可用于-162C的低温阀。

2.2.12.中法兰螺栓

螺栓应有足够的强度，这是因为螺栓在反复载荷下工作，常会因疲劳而产

生断裂。因螺栓在螺纹根部易引起应力集中，所以采用全螺纹结构的螺栓。

3.低温阀门的安装要求

因为低温阀门的特殊结构，低温阀门的安装亦有其特殊要求。因为低温阀

门的长颈阀盖结构特点，低温阀门在安装时阀杆阀杆方向必须在垂直向上的45

度角范围内，且应尽量避免安装在垂直管线上。否则低温介质将充满阀盖的加

长部分，造成阀门填料失效，并会将冷量传给阀门手柄，给操作人员带来人身

伤害。对于有泄压结构的低温阀门，在安装阀门时，要特别注意阀门泄压方向

的要求。阀门泄压的方向应在工艺流程图上标出，并体现在管道轴测图中。

4.低温阀门产生泄漏的原因

1、内漏：阀门产生内漏主要原因是密封副在低温状态下产生变形所致。当

介质温度下降到使材料产生相变时造成体积变化，使原本研磨精度很高的密封

面产生翘曲变形而造成低温密封不良。

2、阀门的外漏：其一是阀门与管路采用法兰连接方式时，由于连接垫料、

连接螺栓、以及连接件在低温下材料之间收缩不同步产生松弛而导至泄漏。因

此可把阀体与管路的连接方式由法兰连接改为焊接结构，避免了低温泄漏。其

二是阀杆与填料处的泄漏。

5.低温阀门制造

对所生产的低温阀门制定了严格的制造工艺和采用专用设备，对零件的加

工进行严格的质量控制。经特殊的低温处理，将粗加工的零件置于冷却介质中

数小时（2-6小时），以释放应力，确保材料的低温性能，保证精加工尺寸，以

防阀门在低温工况时，因温度变化造成变形而导致的泄漏。阀门的装配与普通

阀门也不同，零件需经过严格的清洗，除去任何油污，以保证使用性能。

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6.低温阀门试验和检验

对低温阀的主要零部件作低温处理并每批抽样作低温冲击试验，以保证阀

门在低温工况时不脆裂，经得起低温介质冲击。

1、对每台阀门进行以下试验：

（1）常温壳体强度试验；常温低压上密封试验；常温低压密封试验；

（2）低温上密封气密试验（有上密封时）；低温气密封试验等，以确保整

台低温阀门符合标准的规定；

（3）对主要零部件作低温处理并每批抽样作低温冲击试验，以保证阀门在