上海申弘閥門有限公司
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一、DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析產(chǎn)品概述:
低溫截止閥 溫度范圍 -46℃- +200℃ -100℃- +200℃ -196℃-200℃ -230℃- +200℃低溫截止閥適用于低溫液體貯運設備的管理系統(tǒng)，具有開關靈活、密封可靠的特點，也可用于其他低溫和深冷介質(zhì)的管理系統(tǒng).
低溫截止閥通常指工作溫度低于 -110℃ 的截止閥門，廣泛應用于液化天然氣，液化石油氣體和其它低溫行業(yè)。目前可制造適用溫度達 -196℃ 的低溫截止閥，全部零件采用液氮進行低溫預處理，避免使用過程中密封變形泄露。低溫截止閥是一種工作在低溫氣氫或液氫介質(zhì)中，用來接通或切斷管路介質(zhì)的裝置。針對在使用過程中出現(xiàn)閥門無法動作的問題，進行了故障分析，通過改進結(jié)構(gòu)，使閥門正常運行于試驗系統(tǒng)中。
DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析
1.結(jié)構(gòu)組成
低溫截止閥由閥體、閥瓣、閥桿和汽缸等組成。閥體、閥蓋和閥桿等均采用不銹鋼，閥瓣采用銅。上下兩段閥桿中間用環(huán)氧酚醛層壓玻璃鋼布板實現(xiàn)絕熱，法蘭密封面采用鋁墊片，填料使用聚四氟乙烯，汽缸使用雙特密封，以減小摩擦力，閥門整體采用聚氨酯發(fā)泡保溫。
2.材料選用
低溫截止閥用墊片必須在常溫、低溫及溫度變化下具有可靠的密封性和復原性，因此一般選擇性能變化小的墊片材料。如浸漬聚四氟乙烯的石棉填料或成型塑料件填料，而玻璃鋼由于導熱系數(shù)很小，大多用作熱橋元件。
3.密封結(jié)構(gòu)
在關閉件設計時，閥座采用較硬的材料不銹鋼，閥瓣采用較軟的材料銅，當?shù)蜏叵聤W氏體發(fā)生相變時，密封面高低不平，軟材料在操作力的作用下產(chǎn)生形變而使其與閥座貼合緊密，補償由于熱應力和組織應力引起的材料變形，解決了高壓低溫工況下的密封性問題。
4.絕熱結(jié)構(gòu)
為較好地實現(xiàn)低溫截止閥的絕熱，將閥蓋設計成細長結(jié)構(gòu)，加長熱橋，防止因填料函部分過冷而使處在填料函部位的閥桿以及閥蓋上部的零件結(jié)霜，影響使用。采用隔熱墊（材料為環(huán)氧酚醛層壓玻璃鋼布）將閥桿分為上、下兩部分，減小熱流，實現(xiàn)絕熱。閥門整體采用外絕熱形式，使用聚氨脂發(fā)泡保溫，保溫層厚200mm。
5.故障分析
低溫截止閥應用于試驗系統(tǒng)后，出現(xiàn)了無法動作的故障。在對該閥解體后發(fā)現(xiàn)，閥桿與閥蓋出現(xiàn)了咬合，閥桿表面的中心線對稱位置處有兩處較深的劃痕，與之相配的閥蓋下法蘭相應位置上也有兩處劃痕。經(jīng)過分析，引起故障的原因有兩方面。
（1）存儲期
閥門存放期間水平放置并處于開啟狀態(tài)，閥桿與閥瓣形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂長147mm，懸臂重4.8kg。由于重力作用引起下閥桿彎曲，使得下閥桿和閥蓋法蘭孔同軸度偏差增大。原設計中同軸度zui大偏差為0.1mm，拆除后實測同軸度偏差約為0.4mm。由于兩零件材料均為OCr18Ni9不銹鋼，低溫下無法進行潤滑，動作時由于同軸度偏差大產(chǎn)生咬合現(xiàn)象。
（2）加工期
經(jīng)檢查，閥蓋上的銷釘槽沒有按圖紙加工。將圖紙中的方形槽加工成圓弧形槽，影響了銷釘和銷釘槽的正常配合，下閥桿承受側(cè)向力，從而導致下閥桿和閥蓋產(chǎn)生干涉。
6.DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析改進措施
（1）閥桿與閥蓋配合部分
在下閥桿?1mm處壓入一個H62銅套，不銹鋼OCr18Ni9硬度160HB，黃銅H62硬度56HB，采用這種方式可避免同種材料直接接觸而產(chǎn)生咬合現(xiàn)象。將閥蓋下法蘭孔?1mm加工至?7mm，與下閥桿相應處采用間隙配合，既保證了配合件具有較小的動摩擦力，又起到了導向作用。
（2）閥桿防轉(zhuǎn)裝置銷釘和銷釘槽配合的作用是避免閥桿旋轉(zhuǎn)。由于該閥的閥瓣、閥桿、汽缸和活塞等為回轉(zhuǎn)體，其閥桿是否旋轉(zhuǎn)對其密封和啟閉性能不會產(chǎn)生影響。為了避免由于銷釘和銷釘槽配合不當而使下閥桿承受側(cè)向力，取消了銷釘。
DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析低溫截止閥的選用原則
1、高溫、高壓介質(zhì)的管路或裝置上宜選用截止閥。如火電廠、核電站，石油化工系統(tǒng)的高溫、高壓管路上。
2、管路上對流阻要求不嚴的管路上。即對壓力損失考慮不大的地方。
3、小型閥門可選用針閥、儀表閥、取樣閥、壓力計閥等。
4、有流量調(diào)節(jié)或壓力調(diào)節(jié)，但對調(diào)節(jié)精度要求不高，而且管路直徑又比較小，如公稱通經(jīng)≤50mm 的管路上，宜選用。
5、合成工業(yè)生產(chǎn)中的小化肥和大化肥宜選用公稱壓力PN160 公稱壓力16MPa 或PN320 公稱壓力32MPa 的高壓角式截止閥或高壓角式節(jié)流閥。
6、氧化鋁拜耳法生產(chǎn)中的脫硅車間、易結(jié)焦的管路上，易選用閥體分開式、閥座可去處的、硬質(zhì)合金密封副的直流式截止閥或直流式節(jié)流閥。
7、城市建設中的供水、供熱工程上，公稱通經(jīng)較小的管路，可選用截止、平衡閥或柱塞閥，如公稱通經(jīng)小于150mm的管路上。
DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析
低溫截止閥，該類產(chǎn)品明顯的優(yōu)點是： 在開啟和關閉過程中，由于閥瓣與閥體密封面間的摩擦力比閘閥小，因而耐磨。 開啟高度一般僅為閥座通道直徑的1/4，因此比閘閥小的多。 通常在閥體和閥瓣上只有一個密封面，因而制造工藝性比較好，便于維修。 公稱壓力或壓力級：PN1.0-16.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K 公稱通徑或口徑：DN10～500、NPS 1/2 ～36" 連接方式：法蘭、對焊、螺紋等適用溫度：-196℃～700℃ 驅(qū)動方式：手動、傘齒輪傳動、氣動、電動、液動、氣液聯(lián)動、電液聯(lián)動閥體材料：WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M(316L)、Ti。選用不同的材質(zhì)，可分別適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介質(zhì)、尿素等多種介質(zhì)。低溫截止閥主要是指介質(zhì)使用溫度在-196~-150度的低溫液態(tài)介質(zhì)系統(tǒng)中的截止閥。低溫閥門，特別是超低溫閥門，其工作溫度極低。在設計這類閥門時，除了應遵循一般閥門的設計原則外，還有一些特殊的要求。
一、DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析低溫截止閥的設計要求:根據(jù)使用條件，低溫閥的設計有下列要求：
1) 閥門在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應具有長時間工作的能力。
2) 閥門不應成為低溫系統(tǒng)的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外，如流入過多，還會使內(nèi)部流體急速蒸發(fā)，產(chǎn)生異常升壓，造成危險。
3) 低溫介質(zhì)不應對手輪操作及填料密封性能產(chǎn)生有害的影響。
4) 直接與低溫介質(zhì)接觸的截止閥組合件應具有防爆和防火結(jié)構(gòu)。
5) 在低溫下工作的截止閥組合件無法潤滑，所以需要采取結(jié)構(gòu)措施，以防止摩擦件擦傷。
二、DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析低溫截止閥的材料選用
1、低溫截止閥主體材料(1) 主體材料選用應考慮的因素從金相考慮，金屬材料中除了具有面心立方晶格的奧氏體鋼、銅、鋁等以外，一般的鋼材在低溫狀態(tài)下會出現(xiàn)低溫脆性，從而降低閥門的強度和使用壽命。
2、選擇主體材料時首先要選用適合于低溫下工作的材料。鋁在低溫下不會出現(xiàn)低溫脆性，但因鋁及鋁合金的硬度不高，鋁密封面的耐磨、耐擦傷性能差，所以在低溫截止閥中的使用有一定的限制，僅在低壓和小口徑閥門中選用。
DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析特點：
1、產(chǎn)品的設計制造符合美國國家標準ANSI B16.34，英國BS1873等標準要求
2、閥體外型為桶形或流線形，造型美觀，流道形狀為直通式，流體阻力小。
3、關閉件（閥瓣）與閥座密封面采用錐面密封，關閉力小，耐沖刷，密封可靠。
4、閥座可為更換式閥座，可任意組合與關閉件密封面材料的配對，以滿足工況要求，延長使用壽命。
5、大口徑、高壓力截止閥根據(jù)關閉力的需要閥桿的傳動方式采用升降式，并配有滾動軸承式采用撞擊式手輪以減輕關閉力。
6、主體材料，內(nèi)件材料、填料、墊片、緊固件的材料可按用戶要求或?qū)嶋H工況條件合理組合。
二、DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析主要選用材料表：
零件名稱 | 閥體、閥蓋 | 閥桿、閥瓣 | 填料 | 支架 |
材料 | A352-LCB | A182-F304 | 聚四氟乙烯 | A216-WCB |
三、DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析主要性能范圍：
型號 | 壓力級 | 常溫試驗壓力Ps（MPa） | 低溫密 | 工作溫度及適用介質(zhì) | ||||
殼體 | 密封（氣） | 上密封 | ||||||
DJ40Y-150（Lb） | 150 | 3.0 | 0.6 | 2.2 | 0.6 | -46℃氨、液氮丙烷 | -101℃乙烯二氧化碳 | -196℃；甲烷液化天然氣 |
DJ40Y-300（Lb） | 300 | 7.5 | 0.6 | 5.5 | 1.0 | |||
DJ40Y-600（Lb） | 600 | 15 | 0.6 | 11 | 1.0 | |||
四、DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析執(zhí)行標準：
設計與制造：JB/T7749-95
結(jié)構(gòu)長度：GB/T12221-89
連接端：GB/T9113-2000，HG20592-97，SH3406-96GB/T12224-89
檢驗與試驗：JB/T7749-95
五、DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析性能參數(shù)：
型號 | DJ41Y-16 | DJ41Y-16P | DJ41Y-25 | DJ41Y-25P | DJ41Y-40 | DJ41Y-40P | |
工作壓力（MPa） | 1.6 | 2.5 | 4.0 | ||||
適用溫度（℃） | -45 | -101 | -196 | ||||
適用介質(zhì) | 液化天然氣、乙烯、丙烯等低溫介質(zhì) | ||||||
材料 | 閥體、閥蓋 | LCB | LC3 | LCB | LC3 | LCB | LC3 |
閥瓣、閥座 | 鉻鎳鋼＋鈷鉻鎢 | ||||||
閥桿 | 鉻鎳鋼 | ||||||
執(zhí)行標準
| 設計與制造 | 結(jié)構(gòu)長度 | 法蘭尺寸 | 對焊連接尺寸 | 壓力-溫度 | 試驗-檢驗 |
| ASNI BI634、BSI873 | ANSIB16.10 | ANSIBI6.5 | ANSIB16.25 | ANSIB16.34 | API598 |
壓力測試
| 公稱壓力（Lb） | 強度試驗 | 水密封試驗 | 氣密封試驗 | |||
| MPa | Lbf/in2 | MPa | Lbf/in2 | MPa | Lbf/in2 | |
| 150 | 3.1 | 450 | 2.2 | 315 | 0.5-0.7 | 60-100 |
| 300 | 7.8 | 1125 | 5.6 | 815 | ||
| 600 | 15.3 | 2225 | 11.2 | 1630 | ||
| 900 | 23.1 | 3350 | 16.8 | 2440 | ||
| 1500 | 38.4 | 5575 | 28.1 | 4080 | ||
| 2500 | 64.6 | 9367 | 47.4 | 6873 | ||
零部件材料
| 體、蓋、瓣 | 閥桿 | 密封面 | 墊片（環(huán)） | 填料 | 工作溫度 | 適用介質(zhì) |
| WCB | 2Cr13 | 13Cr STL 本體材料 PTFE 尼龍 | 增強柔性石墨 13Cr/柔性石墨 SFB-2 08軟剛 F304 F316 F304L F316L | 柔性石墨 增強柔性石墨 SFB/260 SFP260 PTFE | ≤425 | 水、蒸汽、油品 |
| WC1 | 38CrMoAI 25Cr2Mov | ≤450 | ||||
| WC6 | ≤540 | |||||
| WC9 | ≤570 | |||||
| C5C12 | ≤540 | |||||
| CF8 | F304 | ≤600 | 硝酸、醋酸、尿素 | |||
| CF3 | F316 | |||||
| CF8M | F304L | |||||
| CF3M | F316L |
DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析150LB外形連接尺寸
| 磅級 | 規(guī)格 | L | D | D1 | D2 | B | N-?D | D0 | H | |
| 150Lb | 1/2m | mm | 108 | 89 | 60.5 | 35 | 12 | 4-15 | 125 | 169 |
| in | 4.25 | 3.5 | 2.38 | 1.38 | 0.47 | 4-0.59 | 4.92 | 6.65 | ||
| 3/4m | mm | 117 | 98 | 70 | 43 | 12 | 4-15 | 125 | 180 | |
| in | 4.61 | 3.86 | 2.76 | 1.69 | 0.47 | 4-0.59 | 4.92 | 7.08 | ||
| 1m | mm | 127 | 108 | 79.5 | 51 | 12 | 4-15 | 125 | 190 | |
| in | 5 | 4.25 | 3.13 | 2 | 0.47 | 4-0.59 | 4.92 | 7.48 | ||
| 1 1/2m | mm | 165 | 127 | 98.5 | 73 | 14.3 | 4-16 | 180 | 347 | |
| in | 6.5 | 5 | 3.88 | 2.87 | 0.56 | 4-0.62 | 7.09 | 13.66 | ||
| 2m | mm | 203 | 152 | 120.5 | 92 | 15.9 | 4-19 | 180 | 356 | |
| in | 8.00 | 6.00 | 4.75 | 3.62 | 0.625 | 4-0.75 | 7.09 | 14 | ||
| 2 1/2m | mm | 216 | 178 | 139.5 | 105 | 17.5 | 4-19 | 240 | 381 | |
| in | 8.5 | 7 | 5.50 | 4.12 | 0.69 | 4-0.75 | 9.45 | 15.00 | ||
| 3m | mm | 241 | 190 | 152.4 | 127 | 19.1 | 4-19 | 280 | 13 | |
| in | 9.5 | 7.50 | 6 | 5 | 0.75 | 4-0.75 | 11.02 | 16.25 | ||
| 4m | mm | 292 | 229 | 190.5 | 157 | 24 | 8-19 | 280 | 500 | |
| in | 11.50 | 9.00 | 7.5 | 6.19 | 0.94 | 8-0.75 | 11.02 | 19.68 | ||
| 6m | mm | 406 | 279 | 241.5 | 216 | 25.4 | 8-22 | 360 | 656 | |
| in | 16 | 11.0 | 9.50 | 8.5 | 1.00 | 8-0.88 | 14.17 | 22.25 | ||
| 8m | mm | 495 | 343 | 298.5 | 270 | 29 | 8-22 | 450 | 660 | |
| in | 19.5 | 13.5 | 11.75 | 10.62 | 1.12 | 8-0.88 | 17.75 | 26.00 | ||
300LB外形連接尺寸
| 磅級 | 規(guī)格 | L | D | D1 | D2 | B | N-?D | D0 | H | |
| 300Lb | 1/2m | mm | 152 | 95 | 66.5 | 35 | 15 | 4-15 | 125 | 190 |
| in | 5.98 | 3.74 | 2.62 | 1.38 | 0,95 | 4-0.59 | 4.92 | 7.48 | ||
| 3/4m | mm | 178 | 117 | 82.5 | 43 | 16 | 4-19 | 125 | 212 | |
| in | 7 | 4.61 | 3.25 | 1.69 | 0.62 | 4-0.75 | 4.92 | 8.35 | ||
| 1m | mm | 203 | 124 | 89 | 51 | 18 | 4-19 | 160 | 231 | |
| in | 8 | 4.9 | 3.50 | 2 | 0.71 | 4-0.75 | 6.2 | 9.1 | ||
| 1 1/2m | mm | 229 | 156 | 114.5 | 73 | 20.7 | 4-22 | 200 | 391 | |
| in | 9 | 6.12 | 4.51 | 2.87 | 0.81 | 4-0.87 | 8 | 15.43 | ||
| 2m | mm | 267 | 165 | 127 | 92 | 22 | 8-19 | 200 | 406 | |
| in | 10.5 | 6.5 | 5 | 3.62 | 0.88 | 8-0.75 | 7.87 | 16.00 | ||
| 2 1/2m | mm | 292 | 190 | 149 | 105 | 25 | 8-22 | 240 | 457 | |
| in | 11.5 | 7.50 | 5.88 | 4.12 | 1.00 | 8-0.88 | 9.45 | 18.00 | ||
| 3m | mm | 318 | 210 | 168.5 | 127 | 29 | 8-22 | 280 | 470 | |
| in | 12.50 | 8.25 | 6.62 | 5 | 1.12 | 8-0.88 | 11.02 | 18.50 | ||
| 4m | mm | 356 | 254 | 200 | 157 | 32 | 8-22 | 320 | 590 | |
| in | 14.00 | 10.00 | 7.88 | 6.19 | 1.25 | 8-0.88 | 11.60 | 23.23 | ||
| 6m | mm | 444 | 318 | 270 | 216 | 37 | 12-22 | 500 | 711 | |
| in | 17.50 | 12.50 | 10.62 | 8.5 | 1.44 | 12-0.88 | 19.68 | 28.00 | ||
| 8m | mm | 559 | 381 | 330 | 270 | 41 | 12-25 | 500 | 750 | |
| in | 22.0 | 15 | 13.00 | 10.62 | 1.62 | 12-100 | 19.68 | 29.50 | ||
600LB外形連接尺寸
| 磅級 | 規(guī)格 | L | D | D1 | D2 | B | N-?D | D0 | H | |
| 600Lb | 1/2m | mm | 165 | 95 | 66.5 | 35 | 15 | 4-15 | 160 | 285 |
| in | 6.5 | 3.74 | 2.62 | 1.38 | 0,95 | 4-0.59 | 6.2 | 11.22 | ||
| 3/4m | mm | 190 | 117.5 | 82.5 | 43 | 16 | 4-19 | 160 | 285 | |
| in | 7.48 | 4.61 | 3.25 | 1.69 | 0.62 | 4-0.75 | 6.2 | 11.22 | ||
| 1m | mm | 216 | 124 | 89 | 51 | 18 | 4-19 | 160 | 313 | |
| in | 8.5 | 4.9 | 3.50 | 2 | 0.71 | 4-0.75 | 6.2 | 12.32 | ||
| 1 1/2m | mm | 241 | 156 | 114.5 | 73 | 23 | 4-22 | 240 | 365 | |
| in | 9.5 | 6.12 | 4.51 | 2.87 | 0.91 | 4-0.87 | 9.45 | 14.17 | ||
| 2m | mm | 292 | 165 | 127 | 92 | 25 | 8-19 | 240 | 444 | |
| in | 11.50 | 6.5 | 5 | 3.62 | 1.00 | 8-0.75 | 9.45 | 17.50 | ||
| 2 1/2m | mm | 330 | 190 | 149 | 105 | 29 | 8-22 | 240 | 483 | |
| in | 13 | 7.50 | 5.88 | 4.12 | 1.12 | 8-0.88 | 9.45 | 19 | ||
| 3m | mm | 356 | 210 | 168 | 127 | 32 | 8-22 | 280 | 533 | |
| in | 14.00 | 8.25 | 6.62 | 5 | 1.25 | 8-0.88 | 11.02 | 21 | ||
| 4m | mm | 4.06 | 273 | 216 | 157 | 38.1 | 8-25 | 360 | 622 | |
| in | 16.00 | 10.75 | 8.5 | 6.19 | 1.5 | 8-1.00 | 14.17 | 24.50 | ||
| 6m | mm | 495 | 356 | 292 | 216 | 47.7 | 12-29 | 500 | 800 | |
| in | 19.50 | 14 | 11.5 | 8.5 | 1.88 | 12-1.14 | 19.68 | 31.50 | ||
| 8m | mm | 597 | 419 | 349 | 270 | 55.6 | 12-32 | 550 | 927 | |
| in | 23.50 | 16.5 | 13.75 | 10.62 | 2.19 | 12-1.25 | 21.65 | 36.50 | ||
對所生產(chǎn)的低溫閥門制定了嚴格的制造工藝和采用專用設備，對零件的加工進行嚴格的質(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(shù)小時（2-6小時），以釋放應力，確保材料的低溫性能，保證精加工尺寸，以防閥門在低溫工況時，因溫度變化造成變形而導致的泄漏。閥門的裝配與普通閥門也不同，零件需經(jīng)過嚴格的清洗，除去任何油污，以保證使用性能。
DJ41W美標磅級法蘭式低溫截止閥選型分析低溫閥門檢驗
低溫閥門除常溫和低溫試驗外 , 還應進行如下檢驗
1,超低溫閥門的主要零件都應進行深冷處理 （如何深冷處理后續(xù)我們有機會再講，下圖即為閥門的深冷處理）。
2, 主要零件及焊縫都應做低溫沖擊試驗 , 以保證閥門在低溫工況時不脆裂 ;
3, 閥門必須進行常溫試驗 , 先進行1.5 倍公稱壓力水壓強度試驗 , 再進行 1.1 倍公稱壓力密封試驗 ;
4, 水壓試驗后閥門必須清除水分 , 無油脂 , 并保持干燥 ;
5, 每批低溫閥門都應按一定的比例抽樣進行低溫試驗 , 低溫試驗必須在經(jīng) 1.5 倍的水 壓強度試驗之后進行 ;
6 ,閥門低溫試驗后，應防止空氣進入閥門中；
7, 閥門低溫試驗后 , 應自然升溫或用風扇吹風 , 嚴禁用加熱等方法加速閥門升溫 ；
8 ,閥門低溫試驗自然升溫后 , 將閥門緊固件再次上緊；
9, 閥門入庫時 , 一定要檢查閥門開關 , 確保閥門處于合理狀態(tài) ;
10,閥門儲存和運輸過程中 , 應注意不銹鋼類與碳鋼類閥門分開 , 且做好防塵 、 防水 、防油和防碰傷 ;
11 ,閥門的流向 、 泄壓方向和銘牌等 ,應按照設計單位要求進行檢査。
