低溫閥門深冷試驗(yàn)技術(shù)研究

1、低溫閥門深冷試驗(yàn)技術(shù)研究,合肥通用機(jī)械研究院報(bào)告人：朱紹源,概述：,低溫閥門通常是指工作溫度在-40℃以下的閥門 。由于空分、液化天然氣、乙烯石化等工業(yè)的發(fā)展，近年來(lái)，低溫閥門的市場(chǎng)需求逐年上升，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，低溫閥門已成為閥門產(chǎn)品中的一個(gè)重要分支 。而閥門的低溫試驗(yàn)裝置是低溫閥門生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備 完整的、符合要求的閥門低溫試驗(yàn)裝置不僅是低溫閥門生產(chǎn)和質(zhì)量控制的保證，同時(shí)，也是低溫閥門生產(chǎn)能力的重要象征。

2、,低溫閥門：,低溫閥門通常按其工作溫度分類，-100℃~-40℃之間的稱為低溫閥門，-100℃以下的稱為超低溫閥門，低溫閥門的工作溫度主要取決于其介質(zhì)溫度 。低于-100℃的工況環(huán)境，目前應(yīng)該受到高度重視。,氣體液化溫度:,閥門低溫試驗(yàn)裝置：,閥門低溫試驗(yàn)裝置主要用來(lái)進(jìn)行低溫閥門零部件深冷處理和閥門低溫型式試驗(yàn) 。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作溫度低于-100℃的低溫閥門，其主要零部件在精加工前應(yīng)進(jìn)行深冷處理，目的是減少由于溫差和金相組織改變而

3、產(chǎn)生的變形 。低溫試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)在低溫工作環(huán)境下，低溫閥門的整機(jī)性能，這是一項(xiàng)要定期進(jìn)行的工作。,低溫環(huán)境獲得：,目前，低溫環(huán)境主要是通過(guò)熱力循環(huán)或低溫介質(zhì)（通常是低溫液體吸收氣化潛熱）方式獲得，但-100℃以下的深冷環(huán)境通常只能通過(guò)低溫液體浸漬法獲得，由于液氮的溫度位合適（-196℃）、來(lái)源廣泛、無(wú)污染、價(jià)格便宜而得到廣泛應(yīng)用。采用液氮作為冷媒介質(zhì)時(shí)，可以通過(guò)加入一定比例的酒精來(lái)獲得不同的溫度位。,深冷處理：,深冷處理工藝在閥門行業(yè)

4、主要適用于工作溫度低于-100℃的超低溫閥門零部件，在這個(gè)溫度段的用材主要以F304、F304L、F316和F316L等Cr-Ni奧氏體不銹鋼為主，這些材料都屬于亞穩(wěn)定型不銹鋼，在低溫下會(huì)發(fā)生向馬氏體的金相轉(zhuǎn)變，由于體心立方晶格的馬氏體比面心立方晶格的奧氏體具有更大的比容，低溫相變后會(huì)引起體積膨脹而導(dǎo)致零件變形。此外，溫度降低還會(huì)造成金屬結(jié)構(gòu)的收縮，由于零件各部分收縮不均勻，就產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超出了材料的屈服極限時(shí)，零件將產(chǎn)

5、生不可逆的永久變形。 深冷處理的目的就是使這些相變和變形在精加工之前充分發(fā)生 ，以保證成品零、部件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。,晶格結(jié)構(gòu)對(duì)比：,面心立方晶格（奧氏體）,體心立方晶格（馬氏體）,低溫試驗(yàn)：,閥門低溫試驗(yàn)是檢驗(yàn)低溫閥門在低溫環(huán)境下的性能，以對(duì)低溫閥門整機(jī)性能作出評(píng)價(jià)。目前，閥門低溫試驗(yàn)所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要是：JB/T7794、BS 6364等。 低溫試驗(yàn)的主要內(nèi)容有：檢驗(yàn)密封件、填料、上密封等處的密封情況；整機(jī)帶壓工況的操作性能等。檢測(cè)參

6、數(shù)有：閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣、填料函、冷媒及環(huán)境溫度；閥門出口端的瞬間流量、累積流量和平均流量；試驗(yàn)介質(zhì)壓力極其變動(dòng)情況。,低溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,低溫系統(tǒng)由低溫儲(chǔ)罐、低溫試驗(yàn)槽、真空連接管道，低溫控制閥等組成，低溫試驗(yàn)槽的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的重點(diǎn) ，試驗(yàn)槽的尺寸要依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格合理配置 。低溫試驗(yàn)槽設(shè)計(jì)成敞口雙層結(jié)構(gòu)，以方便試件吊裝，但要配有保溫上蓋，內(nèi)膽要有足夠的壁厚以承受可能產(chǎn)生的吊裝沖擊，底部要設(shè)置固定結(jié)構(gòu)，防止試驗(yàn)中閥門的整體轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)、外

7、壁間填充高保溫聚合物發(fā)泡材料，形成中間“絕熱層”，內(nèi)、外壁之間的傳熱方式主要是“熱傳導(dǎo)”，因此，其間的加強(qiáng)筋要設(shè)置“傳熱斷橋”，防止隨筋板產(chǎn)生的“熱傳導(dǎo)” 低溫儲(chǔ)罐與試驗(yàn)槽間及各試驗(yàn)槽間以真空管道相連，以方便補(bǔ)液和合理利用殘液。管道設(shè)計(jì)要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，合理安排切換閥組并加裝安全閥。,低溫系統(tǒng)原理圖：,隔熱筋板：,低溫試驗(yàn)槽外形：,,低溫試驗(yàn)槽：,,低溫槽支撐結(jié)構(gòu)：,,壓力管路系統(tǒng) 設(shè)計(jì)：,壓力管路系統(tǒng)由蛇形壓力管（DN6~10）、針型

8、閥、氣體增壓泵、控制管網(wǎng)、承壓盲板等組成 。深冷狀態(tài)下的試驗(yàn)介質(zhì)以氦氣為宜（氣態(tài)氮?dú)饣氐礁邏荷罾洵h(huán)境后會(huì)產(chǎn)生二次液化）。 出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，對(duì)于大通徑、高壓力閥門的低溫試驗(yàn)，應(yīng)考慮貴重試驗(yàn)介質(zhì)的重復(fù)使用，氣體增壓泵前后要設(shè)計(jì)正、反向切換回路，便于貴重試驗(yàn)介質(zhì)回收 。出于安全上的考慮，控制閥組盡可能引入操作控制室，避免長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)操作,壓力管路系統(tǒng)原理圖:,增壓回路（介質(zhì)可回收）,,電控操作面板：,,測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)：,測(cè)試及數(shù)據(jù)采集系

9、統(tǒng)由上位機(jī)、壓電變送器、軟式鎧裝鉑電阻、高精度流量計(jì)、智能顯示儀、積算儀、針形閥、酒精計(jì)泡器、氦質(zhì)譜檢漏儀以及采集電路等組成。測(cè)量參數(shù)包括：冷媒溫度，環(huán)境溫度，閥體、閥蓋、閥桿、填料、密封件溫度，介質(zhì)壓力，泄漏量等 。所選測(cè)試儀器應(yīng)能適應(yīng)-196℃以下工作環(huán)境。 參數(shù)測(cè)量采用現(xiàn)場(chǎng)二次儀表與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)傳采集相結(jié)合。各儀表實(shí)時(shí)顯示待監(jiān)控參數(shù)，并將各參數(shù)通過(guò)RS232/485傳輸入上位機(jī)。上位機(jī)通過(guò)組態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)監(jiān)控，并判斷試驗(yàn)結(jié)果

10、，形成試驗(yàn)參數(shù)曲線和試驗(yàn)報(bào)告。,測(cè)控系統(tǒng)原理圖：,上位機(jī)總控界面：,總控操作臺(tái)：,,創(chuàng)新點(diǎn)：,本項(xiàng)目首次提出：完整的低溫閥門深冷試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)方案。要考慮冷媒的綜合利用。充分考慮并已實(shí)現(xiàn)了貴重試驗(yàn)介質(zhì)的回收及重復(fù)使用。設(shè)計(jì)并研制成功了高精度、智能化低溫測(cè)控系統(tǒng)。,結(jié)論,本項(xiàng)目研究的是閥門行業(yè)第一套數(shù)字化、智能型低溫閥門深冷試驗(yàn)裝置。國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。 深冷處理和低溫試驗(yàn)是低溫閥門生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，而合格的低溫試驗(yàn)裝置是這項(xiàng)工作正常進(jìn)