低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)與安裝分析

李春陽(yáng)

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

雖然每個(gè)國(guó)家都針對(duì)低溫閥門(mén)的溫度制定了不同標(biāo)準(zhǔn)，但無(wú)論是什么標(biāo)準(zhǔn)，在應(yīng)用中，都要滿(mǎn)足介質(zhì)和環(huán)境要求。不同應(yīng)用環(huán)境，不同行業(yè)中的低溫閥門(mén)定義也不同，如果研究對(duì)象為石化行業(yè)，需要將低溫閥門(mén)應(yīng)用到-40℃的介質(zhì)運(yùn)輸管道中。低溫閥門(mén)類(lèi)型不止一種，相關(guān)人員要對(duì)每種低溫閥門(mén)了如指掌，以確定低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。本文主要針對(duì)低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)與安裝進(jìn)行探討。

1 常用低溫閥門(mén)類(lèi)型

低溫閥門(mén)應(yīng)用部位不同，功能也不同，所以其類(lèi)型有多種，如用來(lái)調(diào)節(jié)壓力的減壓閥，有減少流量的節(jié)流閥，還有止回閥以及截止閥等。這些閥門(mén)應(yīng)用廣泛性不同，在化工生產(chǎn)中，低溫閘閥、截止閥、蝶閥等的應(yīng)用次數(shù)較多。這些閥門(mén)對(duì)MSS SP-134及GB/T 24925標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性比較強(qiáng)。

2 低溫閥門(mén)材料選擇

低溫閥門(mén)材料選擇多參考傳輸介質(zhì)以及傳輸環(huán)境要求，閥門(mén)材料要具備極強(qiáng)的耐腐蝕性，如此有毒介質(zhì)才不會(huì)對(duì)其造成腐蝕影響。材料還要具備防燃防爆功能，在傳輸中，還要適應(yīng)各種溫度的環(huán)境。有些材料的性能在常溫和低溫狀態(tài)下的表現(xiàn)不同，相關(guān)人員要保證材料性能滿(mǎn)足低溫狀態(tài)要求。在選擇材料時(shí)，還要考慮材料不會(huì)受到低溫影響，低溫閥門(mén)會(huì)應(yīng)用低溫沖擊韌性較強(qiáng)的材料。低溫閥門(mén)由閥體、閥蓋等部分構(gòu)成，每部分對(duì)材料的要求也不同，這些材料不僅要具有耐壓性能，還要具有低溫韌性、焊接性以及穩(wěn)定性。不同低溫等級(jí)選擇的材料不同，相關(guān)人員還要了解低溫閥門(mén)常用材料的使用溫度，然后從中篩選最適合化工生產(chǎn)低溫閥門(mén)的材料?？晒┻x擇的材料有低溫碳鋼鑄件、低溫碳鋼鍛件、低溫不銹鋼鑄件以及低溫不銹鋼鍛件，這些材料的類(lèi)型不止一種，每種類(lèi)型都對(duì)應(yīng)相關(guān)的最低溫度，相關(guān)人員還要做好篩選工作。

3 低溫閥門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）閥蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。閥蓋結(jié)構(gòu)形體主要設(shè)計(jì)為長(zhǎng)頸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有良好的保冷性能。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)文件也對(duì)幾種低溫閥門(mén)的閥蓋結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了明確規(guī)定，在長(zhǎng)頸結(jié)構(gòu)保冷過(guò)程中，填料函底部溫度不會(huì)過(guò)冷，不會(huì)使液體冷凝。填料函結(jié)構(gòu)不應(yīng)處于低溫區(qū)，相關(guān)人員還要通過(guò)調(diào)整閥蓋結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度來(lái)改善填料函結(jié)構(gòu)的狀態(tài)與溫度，另外閥門(mén)操作手柄也應(yīng)處于溫度正常區(qū)域。操作人員在操作手柄時(shí)，也不會(huì)受到低溫影響，而填料函等結(jié)構(gòu)也不會(huì)發(fā)生冷凝現(xiàn)象，其性能自然可以得到正確發(fā)揮，在正常溫度下，填料依舊會(huì)保持良好的密封性能，其可以多次應(yīng)用在閥門(mén)調(diào)控中。在閥蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還要以保冷層為參考依據(jù)，保冷層主要設(shè)置在低溫管道處，其在應(yīng)用中要一直處于正常安全狀態(tài)，相關(guān)的長(zhǎng)頸閥蓋操作不能對(duì)其造成影響，所以一般在保冷層外施加填料壓蓋，使其能自由操作壓蓋螺栓。

長(zhǎng)頸閥蓋的加長(zhǎng)尺寸有各種標(biāo)準(zhǔn)要求，不同標(biāo)準(zhǔn)下的閥蓋帶冷箱與非冷箱最小加長(zhǎng)長(zhǎng)度都不同，相關(guān)人員還要考慮實(shí)際的低溫閥門(mén)要求，選擇合理標(biāo)準(zhǔn)，確定標(biāo)準(zhǔn)尺寸。在實(shí)際的低溫閥門(mén)加長(zhǎng)長(zhǎng)度選擇中，一般需要參考SHELL MESC SPE 77/200標(biāo)準(zhǔn)下的尺寸。這種標(biāo)準(zhǔn)下的尺寸選擇范圍較大，可滿(mǎn)足大多數(shù)的低溫閥門(mén)要求。這種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)帶冷箱與非冷箱都適用，相關(guān)的溫度范圍涉及到DN15-DN1 200。在確定具體的尺寸時(shí)，還要參考保護(hù)層厚度，使其不會(huì)對(duì)保護(hù)層造成影響，一般該尺寸數(shù)值要小于保護(hù)層厚度，如此兩者才匹配，閥蓋的保冷施工才能順利進(jìn)行。

（2）滴水板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在低溫閥門(mén)作用中，其會(huì)不斷接觸低溫傳輸介質(zhì)，溫度具有傳導(dǎo)性，所以低溫也會(huì)沿著閥門(mén)進(jìn)行傳遞，使閥桿或填充材料的溫度降低，這會(huì)破壞填充材料的密封性，閥門(mén)的保冷效果也會(huì)失效，填充材料也會(huì)凍結(jié)起來(lái)。針對(duì)這種問(wèn)題，相關(guān)人員還要在閥門(mén)中設(shè)置滴水板結(jié)構(gòu)來(lái)攔截溫度傳遞，使溫度不會(huì)過(guò)度下降。將這種設(shè)施安裝在閥門(mén)中，可使閥蓋上端溫度保持正常狀態(tài)，甚至有所提升，其便不會(huì)對(duì)填充材料造成影響。閥門(mén)一般會(huì)應(yīng)用在外界環(huán)境中，當(dāng)閥門(mén)上部溫度較低時(shí)，外界環(huán)境中的水蒸汽會(huì)發(fā)生液化現(xiàn)象，滴水板會(huì)接收這些液化的水珠，在此過(guò)程中，如果沒(méi)有滴水板，水珠也有可能滴落在法蘭螺栓上，這便會(huì)影響螺栓的有效性，使其發(fā)生腐蝕。在安裝滴水板后，該裝置會(huì)覆蓋法蘭螺栓，代替螺栓接收水珠，滴水板的直徑大于法蘭螺栓，所以螺栓不會(huì)受到任何水珠帶來(lái)的腐蝕。液化的水也不能滴在保護(hù)層外面或閥體上部，否則會(huì)造成溫度流失，使填充材料受損。為了避免此類(lèi)問(wèn)題出現(xiàn)，相關(guān)人員還要確定滴水板的具體位置，使其施加在保冷層外側(cè)。

（3）泄壓部件的設(shè)計(jì)。有的低溫閥門(mén)在應(yīng)用中容易發(fā)生爆炸事故，是因?yàn)槠鋬?nèi)部含有密閉中腔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓力失穩(wěn)，在遇到易燃易爆介質(zhì)時(shí)，便會(huì)發(fā)生爆炸。所以還要設(shè)計(jì)泄壓部件，專(zhuān)門(mén)防爆。在化工生產(chǎn)中，有的介質(zhì)會(huì)在傳輸中發(fā)生汽化現(xiàn)象，如液化天然氣，當(dāng)介質(zhì)狀態(tài)改變后，體積也會(huì)變大，其會(huì)填充整個(gè)閥門(mén)結(jié)構(gòu)，此時(shí)閥門(mén)處于非開(kāi)啟狀態(tài)，閥門(mén)內(nèi)部的壓力會(huì)迅速飆升，當(dāng)壓力超過(guò)某安全界限時(shí)，便會(huì)破壞閥門(mén)，使介質(zhì)滲漏出去，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致爆炸。在設(shè)置泄壓部件時(shí)，相關(guān)人員還要將其與中腔結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，使泄壓部件能調(diào)控腔內(nèi)壓力，使其不會(huì)處于超壓狀態(tài)，一旦出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，立即自動(dòng)泄放。不同的閥門(mén)類(lèi)型，泄壓部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不同，相關(guān)人員還要根據(jù)具體的低溫閥門(mén)密封原理與泄壓要求，設(shè)計(jì)具體的泄壓部件，但無(wú)論如何，都要保證泄壓部件與閥門(mén)相匹配。

（4）防靜電及防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。防靜電及防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合傳輸介質(zhì)特點(diǎn)要求，這種結(jié)構(gòu)對(duì)易燃易爆介質(zhì)最為適用。在防靜電設(shè)計(jì)中，主要將電流引導(dǎo)裝置應(yīng)用閥門(mén)中，使閥桿與閥體連接為一體，在連接過(guò)程中，閥門(mén)中的靜電也會(huì)被有效引出消除?；诖嗽?，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件會(huì)規(guī)定：相關(guān)閥門(mén)的閥體與閥桿必須具備導(dǎo)電連貫性，如此閥門(mén)系統(tǒng)才安全。在防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員要將重點(diǎn)放在介質(zhì)防滲漏設(shè)計(jì)種，還應(yīng)控制溫度，使其變化不會(huì)影響介質(zhì)狀態(tài)，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，可參考普通閥門(mén)防火設(shè)計(jì)。

4 低溫閥門(mén)安裝

低溫閥門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢、檢驗(yàn)合格后，還要將其安裝在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中。在安裝前，檢查閥門(mén)與管道，查看兩者之間是否匹配，如此安裝過(guò)程才不會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。管道的冷補(bǔ)償能力還要滿(mǎn)足要求，使低溫閥門(mén)不會(huì)發(fā)生位移。低溫閥門(mén)必須施加在支架上，避免低溫變形。在安裝中，還要注意保冷箱與閥門(mén)和閥體之間的關(guān)系，后兩者在運(yùn)行方面要保持一致。在低溫閥門(mén)安裝中，還要遵循相關(guān)的安裝要求，如控制閥桿方向，閥桿與長(zhǎng)頸閥蓋之間要保持安全距離，閥桿要處于閥門(mén)垂直向上45°角范圍內(nèi)，管線(xiàn)如果處于垂直狀態(tài)，相關(guān)人員還要主動(dòng)避開(kāi)這些管線(xiàn)，選擇傾斜管線(xiàn)。正確選擇閥桿位置和方向，可使低溫閥門(mén)填料保持高效，閥門(mén)手柄也會(huì)處于安全狀態(tài)。另外還要重點(diǎn)控制泄壓部件的安裝質(zhì)量，明確泄壓方向，使泄出的壓力不會(huì)對(duì)管線(xiàn)或閥門(mén)其他部位造成影響。相關(guān)人員要在管道軸測(cè)圖中將其明確標(biāo)示出來(lái)。

5 結(jié)語(yǔ)

低溫閥門(mén)比較特殊，所以其設(shè)計(jì)與安裝都要嚴(yán)格遵循相關(guān)的規(guī)范要求，低溫閥門(mén)設(shè)計(jì)水平關(guān)系著閥門(mén)的應(yīng)用可靠性與安全性，低溫閥門(mén)安裝亦是如此重要，相關(guān)人員還要重點(diǎn)把控低溫閥門(mén)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與安裝工作。在實(shí)際中，低溫閥門(mén)設(shè)計(jì)與安裝會(huì)存在某種缺陷，或還有改進(jìn)的空間，相關(guān)人員還要繼續(xù)深化研究低溫閥門(mén)，以使其安全系數(shù)更高，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更顯著。