超低温截止阀阀杆的技术改进

陆孝绍

(上海瑞控阀门有限公司，上海 201715)

在石油石化行业管道中，当温度不高于-163 ℃的介质进行传输时，需要使用超低温阀，尤其是超低温截止阀。超低温阀门的设计工艺和技术要求与普通阀门相比有较大的不同：

1) 材料的选择。由于超低温阀门的介质是一种特殊的低温流体，在选择阀门材料时必须综合考虑工作温度对超低温阀门的影响。

2) 阀门的密封性。由于工作温度不稳定，温度变化导致的超低温截止阀密封性误差必须要进行有效的补偿，因而需要采用柔性结构；阀门所有的金属零部件必须进行深冷处理，以稳定材料的金相组织，消除可能存在的低温变形。

1 项目背景

南京某低温撬装上使用的低温截止阀按正常设计原理进行了设计、生产，并按期交付了产品，但低温撬装在进行超低温和寿命试验中，低温截止阀的填料部分在使用2万次后出现了微量的泄漏。该低温撬装对低温截止阀的寿命和开关使用的频率要求较高，而且低温液态介质的价格昂贵，如在使用后发生泄漏，造成的损失将无法估量，维修的难度也将大幅增加。

针对这些特殊性，上海瑞控阀门有限公司技术人员对该低温截止阀进行了解体，并对填料部分的摩擦、阀杆与阀瓣的密封进行了技术改进。同时，在超低温情况下，对阀杆的第1支杆和第2支杆的结构进行了整改，使阀门的密封和寿命得到了保障，现场使用后反映良好。

2 低温截止阀的结构

低温截止阀主要由阀体、阀体中的阀瓣、驱动阀瓣的阀杆等组成。当开设有阀孔的阀座通过阀杆驱动阀瓣与阀座的结合、分离，就能够控制低温截止阀的启闭，即阀杆驱动阀瓣贴合到阀座上时，低温截止阀关闭；当阀杆将阀瓣驱动到阀孔中的时候，低温截止阀完全打开，并使得流体能够通过或者截止。不仅如此，在阀体与阀杆之间还填充有密封填料，能有效地防止流体溢出到阀体外部，从而确保经过低温截止阀的介质可以正常的传输。

在阀杆控制阀瓣的过程中，由操作人员控制阀瓣与阀座的配合精度，当阀体打开时，就容易出现阀瓣与阀座过度分离的状态，并使阀瓣的活动范围过大，导致使用效果差。因此，需要改进低温截止阀阀杆的设计。

3 低温截止阀阀杆材料选择

低温截止阀阀杆材料一般采用奥氏体不锈钢，但其机械强度较低，所需直径较大，并且无法通过普通热处理来提高表面硬度，使得阀杆与填料接合处比较容易相互擦伤，发生泄漏。因此，对于奥氏体不锈钢制作的阀杆表面必须进行镀硬铬或氮化处理，以提高表面硬度并进行深冷处理，也可以使用沉淀硬化不锈钢或镍铬合金作为超低温阀门阀杆的材料。

4 低温截止阀具体实施方案

4.1 改型前的超低温截止阀结构

改型前的超低温截止阀结构如图1所示，包括阀体、位于阀体中的阀辦、用于驱动阀瓣的阀杆。

1) 阀体。阀体包括： 阀座以及在阀座上开设有用于阀瓣活动的阀孔，阀体上连接有加长管。

2) 阀杆。阀杆包括： 与阀瓣连接的第1支杆、直径小于第1支杆的第2支杆，第1支杆和第2支杆在加长管中相通；加长管中开设有与第1支杆相配合的第1活动孔，与第2支杆相配合的第2活动孔，当阀瓣完全进入阀孔中时，第1支杆置于第1活动孔中靠近第2活动孔的端部，当阀瓣与阀座密封面磨合的时候，第1支杆与第1活动孔的端部分离。加长管的侧壁上有一体成型的限位孔，当低温截止阀打开时，阀杆上的限位体完全进入限位孔；当低温截止阀关闭时，阀瓣与阀座密封面磨合，限位体离开限位孔；第2支杆与加长管之间通过密封填料进行密封连接。

图1 改型前超低温截止阀结构示意

在打开低温截止阀的时候，依次通过第2支杆和第1支杆带动阀瓣朝向远离阀座的方向移动，并使得流体能够通过低温截止阀；继续移动阀瓣使得低温截止阀进一步打开。此时，由于第1支杆也受到了限位体的限位，从而使得第1支杆的位置限制效果更佳；不仅如此，由于第1活动孔加大了阀孔的大小，即使流体通过阀瓣进入到阀孔中，低温截止阀也具有更大的容积对该部分流体进行盛装，从而降低了流体溢出到截止阀外部的发生概率，提高了低温截止阀的使用效果。

4.2 改型后的超低温截止阀结构

改型后的超低温截止阀结构如图2所示。改型后的超低温截止阀和改型前的超低温截止阀的区别在于： 阀辦上一体成型有圆环状的巩固环，阀杆位于巩固环中并与巩固环相配合；同时第1支杆端部连接有用于驱动第1支杆的驱动杆。由于在第1支杆的顶端开有方形的驱动孔，驱动杆的端部能够恰好穿入到驱动孔中，并且增加了定位杆，使定位杆横向穿过第1支杆和驱动杆，通过定位杆就能够防止驱动杆从第1支杆上发生脱落，并且在第1支杆和驱动杆的连接处外部套接有连接筒，连接筒的一端与第1支杆连接，另一端与驱动杆连接，通过连接筒使得第1支杆与驱动杆之间的连接更为稳定；其中连接筒和驱动杆均由绝缘材料制成。

图2 改型后超低温截止阀结构示意

1) 图2中，在加长管远离阀体的端部还连接有罩状结构的阻隔罩，连接筒位于阻隔罩中，并且驱动杆远离第2支杆的端部穿出阻隔罩，与外部用来驱动驱动杆的手轮连接，手轮转动连接于阻隔罩外部，同时与驱动杆螺纹连接。

2) 当流体通过阀瓣的时候，由于流体的流动方向是随时改变的，从而流体施加给阀瓣的作用力的方向也是随时改变的。所以，阀瓣与第1支杆之间具有相互的作用力，在阀瓣的顶端增加的巩固环加固了阀瓣与第1支杆之间连接的稳定性，进一步确保了阀瓣的位置更为稳定。

3) 驱动杆活动的时候，由于驱动杆位于第1支杆的端部，第1支杆与驱动杆通过定位杆进行了固定连接，驱动杆带动第1支杆活动的同时，定位杆和连接筒使得第1支杆与驱动杆之间的连接更为紧密。

a) 第1支杆是通过驱动杆进行驱动的，而驱动杆又是绝缘材料制成的，因而能够较好地将外界的温度进行隔绝，并防止外部较高的温度作用到第1支杆上，提高了流体流动的安全性。

b) 由于连接筒也是绝缘的，对温度的隔绝效果较佳。第1支杆的端部位于罩状结构的阻隔罩中，因而使得对外界的温度能有效进行阻隔，截止阀的使用安全系数得到了进一步提高。

5 结束语

通过低温截止阀阀杆的结构改进，在打开低温截止阀时，可通过第1支杆和第2支杆带动阀杆

活动，并使得阀瓣与阀座分离之后进入到阀孔中。当阀瓣完全进入到阀孔中的时候，第1活动孔的端部也恰好位于第1支杆的端部，因而第1支杆不能继续活动，阀瓣也随即停止了活动，从而对阀瓣的操作更好，同时也延长了阀门的使用寿命。

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