低温阀门中对金属密封蝶阀的要求与应用

随着经济与工业技术的的飞跃发展，日新月异的高新技术和人们对阀门的需求，使得阀门业面临着巨大的挑战和机遇。尤其是蝶阀在低温介质中的使用，除了能满足常温状态下一般阀门所具有的性能之外，更重要的是在低温状态下阀门密封的可靠性，动作的灵活性以及对低温阀门的一些其它特殊要求。
　　
　　蝶阀具有结构紧凑、体积小、重量轻(与相同压力，相同通径的闸阀相比可减轻40%～50%)流体阻力小、启闭迅速等一系列优点，因此得到广泛的使用。
　　
　　但我国在一些低温装置，如天燃液化设备、空气分离设备以及变压吸附设备等化工行业所采用的阀门有80%以上还是截止阀或闸阀，采用蝶阀的数量很少。其主要原因是金属密封蝶阀在低温状况下密封性能表现不良，以及其它一些因结构不合理等原因造成介质内漏和外漏的现象，严重的影响这些低温设备的安全和正常运行，不能满足低温设备的要求。
　　
　　根据我国低温装置的不断发展，对低温阀门的要求日益增大，因此对金属密封蝶阀进行结构上的改进，开发了三偏心纯金属高密封性能的蝶阀，这种蝶阀无论介质是高温还是低温均能满足其需要。
　　
　　现结合其结构特点，仅对低温性能方面作简单介绍。
　　
　　一、对低温碟阀密封性能的要求
　　
　　低温阀门产生泄漏的原因主要有两种情况，一是内漏；二是外漏。
　　
　　1)阀门产生内漏
　　
　　主要原因是密封副在低温状态下产生变形所致。
　　
　　当介质温度下降到使材料产生相变时造成体积变化，使原本研磨精度很高的密封面产生翘曲变形而造成低温密封不良。我们曾对DN250阀门进行低温试验，介质为液氮(-196℃)蝶板材料为1Cr18Ni9Ti(没经过低温处理)发现密封面翘曲变形量达0.12mm左右，这是造成内漏的主要原因。
　　
　　新研制的蝶阀由平面密封改为锥面密封。阀座是一个斜圆锥椭圆密封面，与嵌装在蝶板上的正圆形弹性密封环组成密封副。密封环可在蝶板槽内径向浮动。当阀门关闭时，弹性密封环首先和椭圆密封面的短轴接触，随着阀杆的转动逐渐将密封环向内推，迫使弹性环再和斜圆锥面的长轴接触，最终导致弹性密封环与椭圆密封面全部接触。它的密封是依靠弹性环产生变形而达到的。
　　
　　因此当阀体或蝶板在低温下产生变形时，都会被弹性密封环来吸收补偿，不会产生泄漏和卡死现象。当阀门网打开时这一弹性变形立即消失，在启闭过程中基本没有相对磨擦，故使用寿命长。
　　
　　2)阀门的外漏
　　
　　其一是阀门与管路采用法兰连接方式时，由于连接垫料、连接螺栓、以及连接件在低温下材料之间收缩不同步产生松弛而导至泄漏。因此我们把阀体与管路的连接方式由法兰连接改为焊接结构，避免了低温泄漏。
　　
　　其二是阀杆与填料处的泄漏。一般多数阀门的填料采用F4，因为它的自滑性能好、摩擦系数小(对钢的摩擦系数f=0.05～0.1)，又具有独特的化学稳定性，因此得到广泛应用。
　　
　　但F4也有不足之处，一是冷流倾向大；二是线膨胀系数大，在低温下产生冷缩导致渗漏，造成阀杆处大量结冰，至使阀门开启失灵。为此研制的低温蝶阀采用自缩密封结构即利用F4膨胀系数大的特点，通过予留的间隙达到常温、低温都可以密封的目的。
　　
　　二、阀体、阀杆轴衬的设计要求
　　
　　1)低温阀门壳体结构形状
　　
　　材料选择的正确与否对阀门的正常可靠工作有着极其重要的意义。蝶阀的结构特点与截止阀、闸阀相比，不但避免了因形状不规则，壳体壁厚不均匀，在低温下产生的冷缩，温差应力所引起的变形，而且由于蝶阀体积小，阀体形状左右基本是的称的，因而热容量小；予冷量消耗也小；形状规则又便于对阀门的保冷措施。如上海维旺迪阀门新研制的DD363H型碟阀为保证阀门在低温下的可靠使用，完全按照低温阀的特殊性进行设计和制造，如：壳体材料选择了具有立方晶格的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢等。
　　
　　2)阀杆衬套的选择
　　
　　根据用户反映，有些低温阀门在运行当中，阀门的转动部位发生粘滞，咬合现象时有发生，主要原因是：配对材料选择不合理，予留冷间隙过小，以及加工精度等原因所致。
　　
　　在研制低温阀门时，采取了一系列措施，防止出现以上现象。例如：我们对阀杆上、下轴衬选用了具有摩擦系数小及自润滑性能的SF-1型复合轴承，这样可以适用于低温阀门的一些特殊需要。金属密封型蝶阀具有的特点是一些普通阀门所不具备的。尤其是流阻小、密封可靠、启闭迅速、使用寿命长等。