浅议低温阀的分类、选型要求及性能评定准则

发布时间：2010-09-19 点击数：3255

一、低温阀的分类及选型要求
  低温阀是一种在温度等于或低于120K的介质中工作的调节阀，这种温度的工作介质对阀门构件的影响可能是持续的，也可能是短时间的。针对低温阀的使用条件，对其选型提出下列要求。
   （1）整个阀门及其组合件在低温介质及周围环境温度下应具有长时间工作的能力（一般为10年或5000次以上循环）。
  （2）阀门对低温介质不应成为一个显著的热源。另一方面，低温介质也不应对在周围环境温度下工作的阀门常温组合件产生显著的有害影响。
    （3）与低温介质接触的阀门组合件结构应符合在该介质中工作时的防爆和防火要求。
    （4）低温下工作的阀门组合件不能润滑，所以需采取结构措施，防止摩擦部件擦伤。
    根据低温阀的结构特性和用途，可将其分成4类。
    （1）整体式阀门
   该类阀门采用堆积式绝热层，多用于空分装置中，阀体位于装置的冷区内，使用加长阀杆，作为阀体和位于热区外壳元件的连接件，阀杆螺纹一般也移到热区。
    （2）真空绝热冷冻阀
   该类阀门的优点是结构紧凑，绝热完善，组件装配方便。缺点是阀杆组合件不能拆卸更换，难于制成调节阀。
    （3）在常温下工作的低温阀
   该类阀门也可以短时间通过低温介质，它一般没有绝热层，其结构形式应能保证冷冻时工作不发生故障，这主要取决于材料的正确选择及填料函的密封结构。
    （4）其他形式的阀门
    该类阀门有过滤器和控制阀等。
二、低温阀性能的评定准则
   目前，在低温阀的选型中除了考虑流通能力和阻力外，很少有其他指标。其实，选取低温阀首先必须确定能比较各结构并评定其完善程度的客观方法，即评定准则。它从能量消耗的合理性这一角度来评定，考虑了低温阀的工作特性，并能反映对其提出的主要要求。
    2.1通过阀门进入低温介质的热量最小
    热量本身不决定绝热的完善性，更确切地说是热量和所通过的低温介质的单位质量比

    式中Q--热量，J
    ω--介质速度，m/s
    ρ--介质密度，kg/m³    不同介质的介质速度、密度以及热量均不同，因此采用指标K_T做统一比较

    （1）
    式中α_T--比例系数，实验得出对氧氮α_T=216
    ΔT--环境温度与低温介质温度之差，℃
    DN--阀门公称通径，mm
    这样确定的（Q/ΔT）与K_T近似于常数。
    2.2 冷却到低温的阀门零件质量
   周期性工作的低温系统中，阀门零件质量对整个系统有其重要的意义。例如对DN100mm的球阀，零件冷却的冷耗量几乎相当于48h内经过绝热层从外界进入的热量。
    阀门冷却质量的指标为

    （2）
    式中
   Q′--在不稳定冷却过程中阀门零件传给低温介质的热量，不计周围空气的漏热，J
    2.3 启闭密封件的性能指标
   当冷却到低温时，密封机构的密封性经常被破坏，为了达到密封，需要大大地增加密封比压。另外，低温阀门启闭密封件的密封性在循环过程中，经常出现许多特殊的变化。低温阀门启闭密封件的性能指标采用

    （3）
    式中ΔV--在工作寿命期限内气体的平均泄漏量，cm³/min
   DN100mm阀门的启闭密封件在低温下的密封标准取泄漏量0.1cm³/min，这时K₃=1。
    2.4 阀门外表面不结冰条件
   低温阀工作时，其表面不应结露和冰。这主要取决于周围空气温度和零部件表面温度差，以及空气的露点温度。在全天候条件下，要彻底消除结露是很困难的，但是若上述温差不超过5℃，那么结冰的可能性不大，因此
   ΔT_max≤ΔT=5℃     （4）
三、结语
   图1为一些阀门的性能指标，从中可以看出随着公称通径的增大，性能也有所改善，所以对K_T与K_m指标的要求应当根据DN而定，K_m值要取决于阀门的类型、阀壳体的材料及其组件的结构完善程度。

K_m指标值，其中蝶阀的指标最佳，但是这类阀门在低温下的密封性能较差，所以只用来做调节阀。表1 一些主要类型

阀门	DN（mm）	主要零件的材料	K_m（kJ/cm³℃）
堆积绝热式截止阀	200	阀体、阀瓣-黄铜	16.7
堆积绝热式闸阀	300	阀体、闸板-黄铜	30.6
整体式蝶阀	200	阀体-不锈钢、蝶板-铝	5.85
真空绝热截止阀	200	不锈钢	31
真空绝热球阀	100	不锈钢	67