低溫截止閥通常指工作溫度低于 -110℃ 的截止閥門(mén)，廣泛應(yīng)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(dá) -196℃ 的低溫截止閥，全部零件采用液氮進(jìn)行低溫預(yù)處理，完全避免使用過(guò)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(lái)接通或切斷管路介質(zhì)的裝置。針對(duì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)閥門(mén)無(wú)法動(dòng)作的問(wèn)題，進(jìn)行了故障分析，通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使閥門(mén)正常運(yùn)行于試驗(yàn)系統(tǒng)中。
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(shí)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(mén)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(fù)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(dǎo)熱系數(shù)很小，大多用作熱橋元件。
3.密封結(jié)構(gòu)
在關(guān)閉件設(shè)計(jì)時(shí)，閥座采用較硬的材料不銹鋼，閥瓣采用較軟的材料銅，當(dāng)?shù)蜏叵聤W氏體發(fā)生相變時(shí)，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(bǔ)償由于熱應(yīng)力和組織應(yīng)力引起的材料變形，解決了高壓低溫工況下的密封性問(wèn)題。
4.絕熱結(jié)構(gòu)
為較好地實(shí)現(xiàn)低溫截止閥的絕熱，將閥蓋設(shè)計(jì)成細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，加長(zhǎng)熱橋，防止因填料函部分過(guò)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(shí)現(xiàn)絕熱。閥門(mén)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(yīng)用于試驗(yàn)系統(tǒng)后，出現(xiàn)了無(wú)法動(dòng)作的故障。在對(duì)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(xiàn)對(duì)稱(chēng)位置處有兩處較深的劃痕，與之相配的閥蓋下法蘭相應(yīng)位置上也有兩處劃痕。經(jīng)過(guò)分析，引起故障的原因有兩方面。
（1）存儲(chǔ)期
閥門(mén)存放期間水平放置并處于開(kāi)啟狀態(tài)，閥桿與閥瓣形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂長(zhǎng)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(shè)計(jì)中同軸度zui大偏差為0.1mm，拆除后實(shí)測(cè)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(wú)法進(jìn)行潤(rùn)滑，動(dòng)作時(shí)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(xiāo)釘槽沒(méi)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(xiāo)釘和銷(xiāo)釘槽的正常配合，下閥桿承受側(cè)向力，從而導(dǎo)致下閥桿和閥蓋產(chǎn)生干涉。
6.改進(jìn)措施
（1）閥桿與閥蓋配合部分
在下閥桿Φ51mm處壓入一個(gè)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Φ51mm加工至Φ57mm，與下閥桿相應(yīng)處采用間隙配合，既保證了配合件具有較小的動(dòng)摩擦力，又起到了導(dǎo)向作用。
（2）閥桿防轉(zhuǎn)裝置銷(xiāo)釘和銷(xiāo)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(duì)其密封和啟閉性能不會(huì)產(chǎn)生影響。為了避免由于銷(xiāo)釘和銷(xiāo)釘槽配合不當(dāng)而使下閥桿承受側(cè)向力，取消了銷(xiāo)釘。
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(chǎng)、核電站，石油化工系統(tǒng)的高溫、高壓管路上。
2、管路上對(duì)流阻要求不嚴(yán)的管路上。即對(duì)壓力損失考慮不大的地方。
3、小型閥門(mén)可選用針閥、儀表閥、取樣閥、壓力計(jì)閥等。
4、有流量調(diào)節(jié)或壓力調(diào)節(jié)，但對(duì)調(diào)節(jié)精度要求不高，而且管路直徑又比較小，如公稱(chēng)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(chēng)壓力PN160 公稱(chēng)壓力16MPa 或PN320 公稱(chēng)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(chē)間、易結(jié)焦的管路上，易選用閥體分開(kāi)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(shè)中的供水、供熱工程上，公稱(chēng)通經(jīng)較小的管路，可選用截止、平衡閥或柱塞閥，如公稱(chēng)通經(jīng)小于150mm的管路上。 上海永龍閥門(mén)廠(chǎng)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)低溫截止閥，該類(lèi)產(chǎn)品明顯的優(yōu)點(diǎn)是：在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，由于閥瓣于閥體密封面間的摩擦力比閘閥小，因而耐磨。 開(kāi)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(gè)密封面，因而制造工藝性比較好，便于維修。 公稱(chēng)壓力或壓力級(jí)：PN1.0-16.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K 公稱(chēng)通徑或口徑：DN10～500、NPS 1/2 ～36" 連接方式：法蘭、對(duì)焊、螺紋等適用溫度：-196℃～700℃ 驅(qū)動(dòng)方式：手動(dòng)、傘齒輪傳動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、氣液聯(lián)動(dòng)、電液聯(lián)動(dòng)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(mén)，特別是超低溫閥門(mén)，其工作溫度極低。在設(shè)計(jì)這類(lèi)閥門(mén)時(shí)，除了應(yīng)遵循一般閥門(mén)的設(shè)計(jì)原則外，還有一些特殊的要求。
一、低溫截止閥的設(shè)計(jì)要求:根據(jù)使用條件，低溫閥的設(shè)計(jì)有下列要求：
1)閥門(mén)在低溫介質(zhì)及周?chē)h(huán)境溫度下應(yīng)具有長(zhǎng)時(shí)間工作的能力。
2)閥門(mén)不應(yīng)成為低溫系統(tǒng)的一個(gè)顯著熱源。這是因?yàn)闊崃康牧魅氤档蜔嵝释?，如流入過(guò)多，還會(huì)使內(nèi)部流體急速蒸發(fā)，產(chǎn)生異常升壓，造成危險(xiǎn)。
3)低溫介質(zhì)不應(yīng)對(duì)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(yīng)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(wú)法潤(rùn)滑，所以需要采取結(jié)構(gòu)措施，以防止摩擦件擦傷。
二、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(yīng)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(huì)出現(xiàn)低溫脆性，從而降低閥門(mén)的強(qiáng)度和使用壽命。
2、選擇主體材料時(shí)首先要選用適合于低溫下工作的材料。鋁在低溫下不會(huì)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(mén)中選用。