超低溫深冷金屬密封蝶閥設計規范

隨著工業技術的飛躍發展，對閥門行業提出了更加嚴格的要求，尤其是蝶閥在低溫介質中的使用，除了能滿足常溫狀態下一般閥門所具有的性能之外，更重要的是在低溫狀態下閥門密封的可靠性，動作的靈活性以及對低溫閥門的一些其它特殊要求。

    根據我國低溫裝置的不斷發展，對低溫閥門的要求日益增大，因此對金屬密封蝶閥進行結構上的改進，開發了三偏心純金屬高密封性能的蝶閥，這種蝶閥無論介質是高溫還是低溫均能滿足其需要。現結合其結構特點，僅對低溫性能方面作簡單介紹。液化天然氣(LNG)是一種清潔、高效的能源。在環境問題日益顯著的背景下，天然氣作為清潔能源越來越受到青睞。由于這一趨勢，天然氣應用技術也得到了迅速發展，在液化天然氣因其高效而被經常使用的運輸領域尤其如此。我國近年來也越發注重對LNG的引進，在沿海布置了大量的LNG接收站，而LNG從生產到消費的整個流程中，需要用到大量的閥門，該類閥門屬于超低溫閥門之一。做為近年來發展迅速的蝶閥來說，在LNG的運用中也越發重要起來。而國內對LNG用超低溫蝶閥仍然是一空白。為此，研制開發LNG用超低溫蝶閥勢在必行。該系列閥門主要針對LNG工況介質，公稱壓力150～600lb(1lb=0.454kg)，設計使用溫度-196℃，公稱通徑DN200～DN1000

    一、超低溫深冷金屬密封蝶閥設計規范密封性能的要求：

    低溫閥門產生泄漏的原因主要有兩種情況，一是內漏；二是外漏。

    1) 閥門產生內漏主要原因是密封副在低溫狀態下產生變形所致。當介質溫度下降到使材料產生相變時造成體積變化，使原本研磨精度很高的密封面產生翹曲變形而造成低溫密封不良。我們曾對DN250閥門進行低溫試驗，介質為液氮(-196℃)蝶板材料為1Cr18Ni9Ti(沒經過低溫處理)發現密封面翹曲變形量達0.12mm左右，這是造成內漏的主要原因。

    新研制的蝶閥由平面密封改為錐面密封。閥座是一個斜圓錐橢圓密封面，與嵌裝在蝶板上的正圓形彈性密封環組成密封副。密封環可在蝶板槽內徑向浮動。當閥門關閉時，彈性密封環首先和橢圓密封面的短軸接觸，隨著閥桿的轉動逐漸將密封環向內推，迫使彈性環再和斜圓錐面的長軸接觸，最終導致彈性密封環與橢圓密封面全部接觸。它的密封是依靠彈性環產生變形而達到的。因此當閥體或蝶板在低溫下產生變形時，都會被彈性密封環來吸收補償，不會產生泄漏和卡死現象。當閥門打開時這一彈性變形立即消失，在啟閉過程中基本沒有相對磨擦，故使用壽命長。

    2) 閥門的外漏：其一是閥門與管路采用法蘭連接方式時，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生松弛而導至泄漏。因此我們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。一般多數閥門的填料采用F4，因為它的自滑性能好、摩擦系數小（對鋼的摩擦系數f=0.05～0.1)，又具有*的化學穩定性，因此得到廣泛應用。但F4也有不足之處，一是冷流傾向大；二是線膨脹系數大，在低溫下產生冷縮導致滲漏，造成閥桿處大量結冰，至使閥門開啟失靈。為此研制的低溫蝶閥采用自縮密封結構即利用F4膨脹系數大的特點，通過予留的間隙達到常溫、低溫都可以密封的目的。

    二、超低溫深冷金屬密封蝶閥設計規范閥體、閥桿軸襯的設計要求：

    1) 低溫閥門殼體結構形狀。材料選擇的正確與否對閥門的正常可靠工作有著極其重要的意義。蝶閥的結構特點與截止閥、閘閥相比，不但避免了因形狀不規則，殼體壁厚不均勻，在低溫下產生的冷縮，溫差應力所引起的變形，而且由于蝶閥體積小，閥體形狀左右基本是的稱的，因而熱容量小；予冷量消耗也小；形狀規則又便于對閥門的保冷措施。如新研制的DD363H型碟閥為保證閥門在低溫下的可靠使用，*按照低溫閥的特殊性進行設計和制造，如：殼體材料選擇了具有立方晶格的1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼等。

    2) 閥桿襯套的選擇： 根據用戶反映，有些低溫閥門在運行當中，閥門的轉動部位發生粘滯，咬合現象時有發生，主要原因是：配對材料選擇不合理，予留冷間隙過小，以及加工精度等原因所致。在研制低溫閥門時，采取了一系列措施，防止出現以上現象。例如：我們對閥桿上、下軸襯選用了具有摩擦系數小及自潤滑性能的SF-1型復合軸承，這樣可以適用于低溫閥門的一些特殊需要。

    金屬密封型蝶閥具有的特點是一些普通閥門所不具備的。尤其是流阻小、密封可靠、啟閉迅速、使用壽命長等。本公司研制的三偏心金屬密封蝶閥的密封力來自彈性環的變形達到密封，因而不需要借助介質作用力，故可做雙向密封用。根據蝶閥的一些特點將會被更多的人所重視。今后也會有更多的蝶閥應用到低溫設備中。本發明涉及一種超低溫工況下的深冷蝶閥用金屬閥座密封結構,包括閥體,閥板和安裝在閥體上的閥蓋,在閥體的軸孔中安裝傳動軸,閥板安裝在閥體的內孔中,在所述閥板和閥體之間設置有保持架;特征是:在所述保持架和閥體之間分別固定內側O型圈和外側O型圈,內側O型圈由定位環壓緊在閥板上.所述外側O型圈和內側O型圈包括外層的金屬層和包覆在金屬層內部的彈簧.所述內側O型圈和外側O型圈之間無縫連接.所述定位環通過壓圈壓緊在閥體上.所述彈簧由鎳鉻合金材料制成.本發明在-254℃的超低溫環境下仍能保持良好的彈性;內外O型圈之間無縫連接,避免了介質從定位環處產生滲漏;有效延長了閥門的壽命,降低了維護成本,提升經濟效益.

超低溫深冷金屬密封蝶閥設計規范
    因為蝶閥具有結構緊湊、體積小、重量輕（與相同壓力，相同通徑的閘閥相比可減輕40%～50%）流體阻力小、啟閉迅速等一系列優點，因此得到廣泛的使用。但我國在一些低溫裝置，如天燃液化設備、空氣分離設備以及變壓吸附設備等化工行業所采用的閥門有80%以上還是截止閥或閘閥，采用蝶閥的數量很少。其主要原因是金屬密封蝶閥在低溫狀況下密封性能表現不良，以及其它一些因結構不合理等原因造成介質內漏和外漏的現象，嚴重的影響這些低溫設備的安全和正常運行，不能滿足低溫設備的要求。