LNG用低温阀门的生产工艺探讨

王伟（海洋石油工程股份有限公司，天津 塘沽 266520）

LNG用低温阀门的生产工艺探讨

王伟（海洋石油工程股份有限公司，天津 塘沽 266520）

系统地介绍了低温阀门的生产工艺以及检测方面的一些关键点，指出深冷处理和低温试验是低温阀门生产过程中的重要环节。

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低温阀门通常是指工作温度在-40℃以下的阀门，-100℃～-40℃之间的称为低温阀门，-100℃以下的称为超低温阀门。低温阀门通常是化工领域、LNG产业、空分行业中不可缺少的元器件设备，阀门作为流体控制的主要方式，其质量的好坏直接影响到设备是否可以安全运行。因此良好的阀门对于工业设备能否正常运转有极其重要的作用，所以规范的阀门生产工艺和严格的阀门检验要求是确保阀门质量的关键因素。

1 低温阀门的生产工艺[1,2]

阀门的生产工艺流程一般如图1所示，对于工作温度低于-100℃的低温阀门，其主要零部件在精加工前应进行深冷处理，目的是减少由于温差和金相组织改变而产生的变形。

图1 阀门的生产工艺流程

深冷处理工艺在阀门行业主要适用于工作温度低于-100℃的超低温阀门零部件，在这个温度段的用材主要奥氏体不锈钢为主，这些材料都属于亚稳定型不锈钢，在低温下会发生向马氏体的金相转变，由于体心立方晶格的马氏体比面心立方晶格的奥氏体具有更大的比容，低温相变后会引起体积膨胀而导致零件变形。此外，温度降低还会造成金属结构的收缩，由于零件各部分收缩不均匀，就产生了温度应力，当温度应力超出了材料的屈服极限时，零件将产生不可逆的永久变形。深冷处理的目的就是使这些相变和变形在精加工之前充分发生，以保证成品零、部件的结构稳定。

阀门的深冷处理的作用，可以提高工件的硬度和耐磨性，稳定工件的尺寸，提高工件的冲击韧性。成倍提高马氏体不锈钢的抗蚀性，提高工件的抛光性能。同时，可以改善有色金属的导电能力和抗蚀性，减少模具变形、开裂，提高工件的尺寸精度。

在低温控制阀门的制作过程中，为了防止密封面的紧密咬合，必须要在阀座与闸板添加合金类润滑物质，利用它的耐磨性和硬度，防止咬合不好而导致阀门的不密封和阀门的磨损，阀杆直接与填料接触，带动阀瓣运动，填料的质地和形态必须适应低温控制的条件要求，由于在低温下，介质分子均较小，不易控制。因此，填料时必须层层填加，采用上密封方式，低温控制的垫片必须在常温状态下具有很好的密封性和韧性，随温度降低，垫片会因为温度降低而硬化，选择相对韧性较好的垫片有利于适应低温环境。因低温控制过程对于螺丝和螺母有一定的冲击韧性的抵抗力，但因其屈服点降低，需经过低温硬化处理，将螺栓整体制成螺纹，连接阀门开启的螺栓应手动紧固，保证其受力均匀，防止因受力不均而产生的磨损。

2 低温阀门的检测

低温阀门由于工作的特殊环境，所以除了要做常温检验外，还必须做低温试验。低温试验的主要目的是检验低温阀门在低温状态下的操作性能和密封性能。操作性能要求阀门启闭灵活，移动件和密封不得发生擦伤和咬死。密封性能要求阀门密封面泄漏量小于允许泄漏量。

试验准备包括：液氮、氦气、压力表、试压工装等的准备。待测阀门装夹完成后，将阀门放入保温箱中，在注入液氮前应打开阀门，用氮气或氦气向阀门充气，并在充气过程中开关阀门确保内腔所有位置都已充气。保温箱中注入低温液氮前，将阀门关闭到位，同时关闭软管处针型阀。在注入液氮过程中，气瓶的出液阀要慢慢打开，待气体排完后完全打开出液阀。保温箱中的液氮量以不超过阀体上端盖为准。阀门在液氮中的冷却时间为2--3小时，用热电偶来测量温度并打开软管处针型阀，观察软管是否有吸水现象，软管不吸水则阀门可以开始低温测试，否则需要继续冷却。阀门充分冷却后，即可开始进行低温试验，具体的实验项目根据阀门实验要求。阀门试验完成卸压时，应注意不能将连接螺母完全旋开，防止空气进入阀体，液化结冰，影响试验。

低温阀门试验结束后，应当将零部件依次拆下，检测零部件的磨损程度和损坏情况，以便可以从整体角度全面的研究对于低温控制下阀门的检测结果。

3 结语

低温阀门与通用阀门的工作环境有很大的区别，除了要遵守阀门设计、制造、检验的一般规则外，还应当特别注意以下几点：在精加工前，必须对所有低温材料部件进行深冷处理；按要求进行常温试验和低温试验。

[1]史淼直，液化天然气用超低温阀门[J].阀门.2012，（4）.

[2]孙奇，LNG超低温阀门的设计及材料低温物性的研究[D]，大连理工大学.2013.