超低溫截止閥閥桿的技術改進

陸孝紹

(上海瑞控閥門有限公司，上海 201715)

在石油石化行業管道中，當溫度不高于-163 ℃的介質進行傳輸時，需要使用超低溫閥，尤其是超低溫截止閥。超低溫閥門的設計工藝和技術要求與普通閥門相比有較大的不同：

1) 材料的選擇。由于超低溫閥門的介質是一種特殊的低溫流體，在選擇閥門材料時必須綜合考慮工作溫度對超低溫閥門的影響。

2) 閥門的密封性。由于工作溫度不穩定，溫度變化導致的超低溫截止閥密封性誤差必須要進行有效的補償，因而需要采用柔性結構；閥門所有的金屬零部件必須進行深冷處理，以穩定材料的金相組織，消除可能存在的低溫變形。

1 項目背景

南京某低溫撬裝上使用的低溫截止閥按正常設計原理進行了設計、生產，并按期交付了產品，但低溫撬裝在進行超低溫和壽命試驗中，低溫截止閥的填料部分在使用2萬次后出現了微量的泄漏。該低溫撬裝對低溫截止閥的壽命和開關使用的頻率要求較高，而且低溫液態介質的價格昂貴，如在使用后發生泄漏，造成的損失將無法估量，維修的難度也將大幅增加。

針對這些特殊性，上海瑞控閥門有限公司技術人員對該低溫截止閥進行了解體，并對填料部分的摩擦、閥桿與閥瓣的密封進行了技術改進。同時，在超低溫情況下，對閥桿的第1支桿和第2支桿的結構進行了整改，使閥門的密封和壽命得到了保障，現場使用后反映良好。

2 低溫截止閥的結構

低溫截止閥主要由閥體、閥體中的閥瓣、驅動閥瓣的閥桿等組成。當開設有閥孔的閥座通過閥桿驅動閥瓣與閥座的結合、分離，就能夠控制低溫截止閥的啟閉，即閥桿驅動閥瓣貼合到閥座上時，低溫截止閥關閉；當閥桿將閥瓣驅動到閥孔中的時候，低溫截止閥完全打開，并使得流體能夠通過或者截止。不僅如此，在閥體與閥桿之間還填充有密封填料，能有效地防止流體溢出到閥體外部，從而確保經過低溫截止閥的介質可以正常的傳輸。

在閥桿控制閥瓣的過程中，由操作人員控制閥瓣與閥座的配合精度，當閥體打開時，就容易出現閥瓣與閥座過度分離的狀態，并使閥瓣的活動范圍過大，導致使用效果差。因此，需要改進低溫截止閥閥桿的設計。

3 低溫截止閥閥桿材料選擇

低溫截止閥閥桿材料一般采用奧氏體不銹鋼，但其機械強度較低，所需直徑較大，并且無法通過普通熱處理來提高表面硬度，使得閥桿與填料接合處比較容易相互擦傷，發生泄漏。因此，對于奧氏體不銹鋼制作的閥桿表面必須進行鍍硬鉻或氮化處理，以提高表面硬度并進行深冷處理，也可以使用沉淀硬化不銹鋼或鎳鉻合金作為超低溫閥門閥桿的材料。

4 低溫截止閥具體實施方案

4.1 改型前的超低溫截止閥結構

改型前的超低溫截止閥結構如圖1所示，包括閥體、位于閥體中的閥辦、用于驅動閥瓣的閥桿。

1) 閥體。閥體包括： 閥座以及在閥座上開設有用于閥瓣活動的閥孔，閥體上連接有加長管。

2) 閥桿。閥桿包括： 與閥瓣連接的第1支桿、直徑小于第1支桿的第2支桿，第1支桿和第2支桿在加長管中相通；加長管中開設有與第1支桿相配合的第1活動孔，與第2支桿相配合的第2活動孔，當閥瓣完全進入閥孔中時，第1支桿置于第1活動孔中靠近第2活動孔的端部，當閥瓣與閥座密封面磨合的時候，第1支桿與第1活動孔的端部分離。加長管的側壁上有一體成型的限位孔，當低溫截止閥打開時，閥桿上的限位體完全進入限位孔；當低溫截止閥關閉時，閥瓣與閥座密封面磨合，限位體離開限位孔；第2支桿與加長管之間通過密封填料進行密封連接。

圖1 改型前超低溫截止閥結構示意

在打開低溫截止閥的時候，依次通過第2支桿和第1支桿帶動閥瓣朝向遠離閥座的方向移動，并使得流體能夠通過低溫截止閥；繼續移動閥瓣使得低溫截止閥進一步打開。此時，由于第1支桿也受到了限位體的限位，從而使得第1支桿的位置限制效果更佳；不僅如此，由于第1活動孔加大了閥孔的大小，即使流體通過閥瓣進入到閥孔中，低溫截止閥也具有更大的容積對該部分流體進行盛裝，從而降低了流體溢出到截止閥外部的發生概率，提高了低溫截止閥的使用效果。

4.2 改型后的超低溫截止閥結構

改型后的超低溫截止閥結構如圖2所示。改型后的超低溫截止閥和改型前的超低溫截止閥的區別在于： 閥辦上一體成型有圓環狀的鞏固環，閥桿位于鞏固環中并與鞏固環相配合；同時第1支桿端部連接有用于驅動第1支桿的驅動桿。由于在第1支桿的頂端開有方形的驅動孔，驅動桿的端部能夠恰好穿入到驅動孔中，并且增加了定位桿，使定位桿橫向穿過第1支桿和驅動桿，通過定位桿就能夠防止驅動桿從第1支桿上發生脫落，并且在第1支桿和驅動桿的連接處外部套接有連接筒，連接筒的一端與第1支桿連接，另一端與驅動桿連接，通過連接筒使得第1支桿與驅動桿之間的連接更為穩定；其中連接筒和驅動桿均由絕緣材料制成。

圖2 改型后超低溫截止閥結構示意

1) 圖2中，在加長管遠離閥體的端部還連接有罩狀結構的阻隔罩，連接筒位于阻隔罩中，并且驅動桿遠離第2支桿的端部穿出阻隔罩，與外部用來驅動驅動桿的手輪連接，手輪轉動連接于阻隔罩外部，同時與驅動桿螺紋連接。

2) 當流體通過閥瓣的時候，由于流體的流動方向是隨時改變的，從而流體施加給閥瓣的作用力的方向也是隨時改變的。所以，閥瓣與第1支桿之間具有相互的作用力，在閥瓣的頂端增加的鞏固環加固了閥瓣與第1支桿之間連接的穩定性，進一步確保了閥瓣的位置更為穩定。

3) 驅動桿活動的時候，由于驅動桿位于第1支桿的端部，第1支桿與驅動桿通過定位桿進行了固定連接，驅動桿帶動第1支桿活動的同時，定位桿和連接筒使得第1支桿與驅動桿之間的連接更為緊密。

a) 第1支桿是通過驅動桿進行驅動的，而驅動桿又是絕緣材料制成的，因而能夠較好地將外界的溫度進行隔絕，并防止外部較高的溫度作用到第1支桿上，提高了流體流動的安全性。

b) 由于連接筒也是絕緣的，對溫度的隔絕效果較佳。第1支桿的端部位于罩狀結構的阻隔罩中，因而使得對外界的溫度能有效進行阻隔，截止閥的使用安全系數得到了進一步提高。

5 結束語

通過低溫截止閥閥桿的結構改進，在打開低溫截止閥時，可通過第1支桿和第2支桿帶動閥桿

活動，并使得閥瓣與閥座分離之后進入到閥孔中。當閥瓣完全進入到閥孔中的時候，第1活動孔的端部也恰好位于第1支桿的端部，因而第1支桿不能繼續活動，閥瓣也隨即停止了活動，從而對閥瓣的操作更好，同時也延長了閥門的使用壽命。

參考文獻：

[1] 于世恒.控制系統升級改造[J].石油化工自動化，2010，46(02)： 29-31.

[2] 陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京： 化學工業出版社，2000.

[3] 宋岢岢.壓力管道設計及工程實例[M].北京： 化學工業出版社，2007： 56-60.

[4] 蔡爾輔.石油化工管道設計[M].北京： 化學工業出版社，2002： 228-237.

[5] 俞金壽.工業過程先進控制技術[M].北京： 中國石化出版社，2008.

[6] 楊力，熊計，郭智興，等.WC晶粒度對硬質合金/不銹鋼釬焊接頭微觀組織與性能的影響[J].硬質合金，2005，32(04)： 234-241.

[7] 王森，紀綱.儀表常用數據手冊 [M].2版.北京： 化學工業出版社，2012： 173-176.

[8] 蘇鵬，劉玉晗，王振業，等.LNG管道熱應力分布有限元模擬[J].當代化工，2013，42(08)： 1198-1200.

[9] 王懷義.石油化工管道安裝設計便查手冊 [M].北京： 中國石化出版社，2003： 855.

[10] 孫曉玲，劉忠明，張燕.液化天然氣潛液泵的研制[J].低溫工程，2010(02)： 20-23.