低溫截止閥通常指工作溫度低于 -110℃ 的截止閥門，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(duì)在使用過程中出現(xiàn)閥門無法動(dòng)作的問題，進(jìn)行了故障分析，通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使閥門正常運(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，閥桿表面的中心線對(duì)稱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)過分析，引起故障的原因有兩方面。
（1）存儲(chǔ)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(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(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(duì)其密封和啟閉性能不會(huì)產(chǎn)生影響。為了避免由于銷釘和銷釘槽配合不當(dāng)而使下閥桿承受側(cè)向力，取消了銷釘。
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、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(shè)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。 上海永龍閥門廠專業(yè)生產(chǎn)低溫截止閥，該類產(chǎn)品明顯的優(yōu)點(diǎn)是：在開啟和關(guān)閉過程中，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。 公稱壓力或壓力級(jí)：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(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，特別是超低溫閥門，其工作溫度極低。在設(shè)計(jì)這類閥門時(shí)，除了應(yīng)遵循一般閥門的設(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)閥門在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應(yīng)具有長(zhǎng)時(shí)間工作的能力。
2)閥門不應(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猓缌魅脒^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中選用。