前言

        氣動低溫調節閥通常是指工作（zuò）溫度在-40℃以下的閥門，隨著空分、液化天然氣、乙烯石化等工業的（de）發（fā）展，近年來，低溫閥門的（de）市（shì）場需求逐年上升，應用（yòng）領（lǐng）域也越來越廣泛。低溫閥門已成為閥門產品中的一個重要分支，而閥門的低溫試驗裝（zhuāng）置是低溫閥（fá）門生產過程中不可或缺的關鍵設備，完整的（de）、符合要求的閥門低溫試（shì）驗（yàn）裝置不僅是低溫閥門生產和質量控（kòng）製的保（bǎo）證，同（tóng）時，也是低溫閥門生產能力的重要象征。
　　
    2、低溫閥（fá）門及其低溫試驗裝置
　　
　　2.1低溫閥門
　　
　　低溫閥門通常按其工作溫度分（fèn）類，-100-40℃的稱為低溫閥門，-100℃以下的稱為超低溫閥（fá）門，低溫閥門的工作溫度主要取決於其介質（zhì）溫（wēn）度，表1列出了常見介質的氣體液化溫度，從其中的分布溫度來看，低於-100℃的（de）工況環境，目前應該受（shòu）到高度重視。
　　
　　低溫閥門的主要品種有：氣動低溫調節閥、閘閥、截止閥、止回閥、球閥（fá）和蝶閥等。
　　
　　低（dī）溫閥門（mén）一般都采用長頸閥蓋結構，以保證填料函底部溫度保持在0℃以上，防止（zhǐ）填料凍結。結構（gòu）設計（jì）時應考慮由於溫度變化引起（qǐ）的（de）結構變形和介質異常升壓現象，以保證密封性能和強度安全為主要原則。低溫閥門材料選擇要依工作溫度而定，一般來說，-100℃以上，主體材（cái）料采用低溫碳鋼，-100℃以下要選擇奧氏體不鏽鋼。密封和緊（jǐn）固件也要依據工作溫度的不同，選（xuǎn）擇合（hé）適的材料以保證有效的機械性能。
　　
　　2.2　閥門低溫試驗（yàn）裝（zhuāng）置
　　
　　閥門低溫試驗裝置主（zhǔ）要用來進行低溫閥門零部件（jiàn）深冷處理（lǐ）和閥門低溫型式試驗。
　　
　　有關標準規定，工作溫度（dù）低於-100℃的低溫閥門，其主要零部件在精加工前應進行深冷處理，目的是減少由於溫差和金相組織（zhī）改變而產生的變形。低溫試驗主要是檢驗在低（dī）溫工作環境下，低溫閥（fá）門的整機性能，這是一項要定期進行的工作。
　　
　　目（mù）前，低溫環境主要是通過熱力循環或低溫介質（通常是低溫（wēn）液體吸收氣化潛熱）方式獲得，但-100℃以下的深冷環（huán）境通常隻能通（tōng）過低溫液體浸（jìn）漬法獲得，由於液氮的溫度位合適（-196℃）、來源廣泛、無汙染、價格便宜而（ér）得（dé）到廣泛應用。采（cǎi）用液氮作為冷（lěng）媒介質時，可以通過加入一定比例的（de）酒精來獲得不同的溫度位。
　　
　　3　深（shēn）冷處理與低溫試驗
　　
　　3.1　深冷處理
　　
　　深冷處理工藝在（zài）閥門（mén）行業主要適用於工作溫度低於-100℃的超低溫閥門零部件，在這個溫度段的用材主要以F304、F304L、F316和F316L等Cr-Ni奧氏（shì）體不（bú）鏽鋼為主，這些（xiē）材料都（dōu）屬於亞穩定型不鏽鋼，在低溫（wēn）下（xià）會發生向馬氏體的金相轉變，由於體心立方晶格的（de）馬氏體比麵心立方晶格的奧氏體（tǐ）具有更大的比容，低溫（wēn）相變後會（huì）引起體（tǐ）積膨脹而導致零件變（biàn）形。
　　
　　此外，溫度降低還會造成金（jīn）屬結構（gòu）的收縮，由於零件（jiàn）各部分收縮（suō）不均（jun1）勻，就產生了（le）溫度應力，當溫度應（yīng）力超出了材料（liào）的屈服極限時，零件將產（chǎn）生不可逆的永久變形。深冷處理可以使相變和變（biàn）形（xíng）充分發生（shēng），然後（hòu），通過精加（jiā）工（gōng）使零件保持組織（zhī）和尺寸的相對穩定。具體方法是：將零件浸放（fàng）在液氮中，當溫度達（dá）到-196℃時開（kāi）始保溫1～2h，然後取出（chū），自然恢複到常溫，重複循（xún）環2次。有關研究（jiū）資料表明，深冷處理還有強化材料機械性能的（de）效果（guǒ），鋼鐵材料在經過深冷處理後，強度和硬度有所提高。主（zhǔ）要是由於：
　　
　　（1）殘餘奧氏體轉（zhuǎn）變為馬氏體，從而提高強度和硬度；
　　
　　（2）從馬氏（shì）體中析出超細碳化物，從而彌散強化；
　　
　　（3）組織細化，從而（ér）引起材料的強硬化。並且（qiě）認為：二（èr）次深冷處理效果（guǒ）最佳，因為第二次處理時材料仍能發生結構上的變化，但（dàn）是此後的多次處理就不再有明顯變化 。
　　
　　3.2　低溫試驗
　　
　　目前，閥門低溫試驗所執行的標準（zhǔn）主要是：JB/T7794、BS6364等（děng）。在（zài）低溫試驗（yàn）前，閥門應進行去油脂和幹燥處（chù）理，因為油脂（zhī）和水分在低溫環境下會變成堅硬的固（gù）態物質，造成閥內結構損（sǔn）傷（shāng）。將閥門和試驗裝置連接好以後，在常溫和最大工作壓力下，使用氦氣做（zuò）初始檢測（cè）試驗，確保各部位連接（jiē）的緊密性。在閥門降溫的過程中要保（bǎo）持閥內始終有氦（hài）氣流通，以帶走降溫過程中可能形（xíng）成的濕氣。整個試驗過（guò）程要在低溫試驗槽內完成，閥門整體浸入液氮或液氮（dàn）與酒精的混合液中，液麵（miàn）高度應達到閥蓋頸部位置。當各部位溫度達到規定的要求時，即可開始試（shì）驗（yàn）。低溫試（shì）驗的內容主要是按有關標準要求，檢測閥門在低溫狀態下（xià）的密（mì）封和操（cāo）作性能，其間還要（yào）做若幹次的開（kāi）關操作，一（yī）定要注意人員（yuán）的安全防護，要注意工作（zuò）環境的通風和低溫區域的警示、隔離。要（yào）重視對試驗結束（shù）後工作場所的善後防護。
　　
　　4　閥門深冷試驗裝置設計
　　
　　所（suǒ）討論的低溫閥門深冷試驗裝置設計方（fāng）案基於現代測控技術，考慮了目前主要的低溫（wēn）閥門（mén）產品分布。方（fāng）案的（de）提出有實際的工程應（yīng）用基礎。 4.1　低溫係統
　　
　　低溫試驗（yàn）槽的設計（jì）是本係統（tǒng）的（de）重點，試驗槽的尺寸要依據產（chǎn）品規格合理配置，以公稱通徑（jìng）24in（600mm）、公稱壓力600磅的閘閥為例，結構長度（dù）1407mm，法蘭外徑1000mm，底部至（zhì）閥蓋殼體約1600mm。閥體（tǐ）兩端安裝墊環、盲板、螺栓（shuān）螺母（mǔ）等長（zhǎng）度（dù）約（yuē）為1760mm，加（jiā）上餘量，內膽尺（chǐ）寸為2000mm，寬1600mm，高度加墊塊、固定板後約1800mm、液麵至槽口安全（quán）高度約200mm。低溫槽外形（xíng）尺寸（長、寬、高、保溫（wēn）層厚度）為2500mm、2100mm、2000mm、250mm。箱體承重可（kě）達2.5t/m2（設起吊環）。內腔側（cè）板采用5mm304板，底板為7mm304，底座框架，外板為2mm304板。內外腔（qiāng）充填A、B雙（shuāng）組分聚合物高保溫材料。箱體和箱蓋總重量為2.5～2.8t。
　　
　　低溫試驗槽應設計成敞口雙層結構，以方便試件吊裝（zhuāng），但要配有保溫上蓋，內膽要有足夠的壁厚以承受可能（néng）產生的吊裝衝擊，底部要設置固定結構，防止試驗（yàn）中閥門的整體轉動。內（nèi）、外壁間（jiān）填充高保（bǎo）溫聚合物發泡材料（liào），形（xíng）成中間“絕熱層（céng）”，內、外壁（bì）之間的傳（chuán）熱方式主要是“熱（rè）傳導”，因（yīn）此，其間的加（jiā）強筋要設置“傳熱斷橋”，防（fáng）止隨筋板（bǎn）產（chǎn）生的“熱傳（chuán）導”，隔熱筋板結構如圖2所示。 試驗槽半埋入地，以（yǐ）方便操作，利於保溫，提高安全性。低溫儲罐與試（shì）驗（yàn）槽間及各試驗（yàn）槽間以真空（kōng）管道相連，以方便補液和（hé）合理利用殘液。管道設計要結合現場情況，合理安排切換閥組並加裝安全閥。
　　
　　4.2　壓力管路係統設置（zhì） 壓力管路（lù）係（xì）統的目的是為了滿足在低溫狀態下的閥門性能試驗。壓力管路（lù）係統由蛇形壓力管（guǎn）（DN6～10）、針型閥（fá）、氣體增壓泵、控製管網（wǎng）、承壓盲板等組成，主要測試內容是閥門密封及低溫操作性能，深冷（lěng）狀態下的試驗介（jiè）質（zhì）以氦氣（qì）為（wéi）宜（yí）（氣態氮氣回到高壓（yā）深冷環境後會產生（shēng）二次液化（huà））。出（chū）於經濟上的考慮（lǜ），對於（yú）大通徑、高壓力閥門的低溫試驗，應考慮貴重試驗介質的重複使用，氣體增壓泵前後要設計正（zhèng）、反向切換回路，便於貴重（chóng）試驗介質回收，氦氣可（kě）回收增壓回路。出（chū）於安全上的（de）考慮，控製閥組盡可能引入操作控製室，避免長時間的現場（chǎng）操作。
　　
　　4.3　測控係（xì）統
　　
　　測試（shì）及數據采集係統由上位機（jī）、壓電變送器、軟式鎧裝鉑電阻、高精度（dù）流（liú）量計、智能顯示（shì）儀、積算儀、針形閥（fá）、酒精計泡器、氦質譜檢漏儀以及采集電路等組成。測量參數包括：冷媒（méi）溫度，閥體、閥蓋、閥杆、填（tián）料、密封件溫度（dù），介質壓力，泄漏量等。所（suǒ）選測試儀器應能適（shì）應-196℃以（yǐ）下工作環境。參數測量（liàng）采用現場二次儀表（biǎo）與計算機遠傳采集相結合。壓力參數經壓力（lì）變（biàn）送器傳（chuán）送入智能數字顯示儀，流量參（cān）數經流量計（精度≤0.01mL/s）傳送入（rù）智能（néng）流量積算儀，溫度（dù）參數經PT100鉑電阻變送（sòng）器傳送入（rù）智能（néng）數字顯示儀，各儀表實（shí）時顯示（shì）待監控參數（shù），並將各參數通過RS232/485傳輸入上位機，供上位機監控（kòng）分析軟件計算分析數據（jù）。壓力管路控製（zhì）閥門及（jí）電氣控製開關引入控製室，實時數據顯示、現場打印、遠程監測（cè）。 上位機（jī）（工控機）：負責接收智能數字（zì）顯示儀和智（zhì）能流量積算儀傳送的信號，通過組（zǔ）態實現試驗監控，並判斷結果，形（xíng）成（chéng）試驗參數（shù）曲線及報告。
　　
　　5　結語
　　
　　深冷處理和（hé）低溫試驗是低溫閥門生產過程中的重要環節，而合格的低溫試驗（yàn）裝置是這項工（gōng）作（zuò）正常進行所必須的設備保證。 低溫試驗裝置的建設要考慮：試驗標準規範（fàn）的適應，操作流程的合理，測量參數的（de）準確，工作場（chǎng）所的安全，以及冷媒、試驗（yàn）介質的（de）消耗和綜合（hé）利用等。