當控制閥的操作溫度遠遠低于冰點時,應(yīng)采取特定的預(yù)防措施,在某些情況下,必需用特殊結(jié)構(gòu)來滿足操作要求。主要的問題是適當?shù)倪x擇結(jié)構(gòu)材料,特別是在一般的低溫操作條件下(到-150°F)。深冷是指溫度低于-150°F的生產(chǎn)操作,這時要考慮許多附加因素。
溫度范圍在- 20°F—- 150°F之間時,對承受壓力的部件要采用特殊的抗沖擊碳鋼;在-20°F--50°F之間時,一般采用碳鋼材料(牌號LCB),到- 150。F時,采用3.5%鎳鋼(牌號LC3)。這些閥門一般裝有普通的長頸型上閥蓋。在這樣的溫度范圍,主要的目的是使進入系統(tǒng)的熱量盡量減少并防止填料函部分不致因為太冷而使上閥蓋的上面部分和填料函上的閥桿凍結(jié)和結(jié)冰。普通的長頸型上閥蓋一般裝在垂直位置。以減少操作流體本身的傳熱。
在深冷溫度時,結(jié)構(gòu)材料現(xiàn)在不采用碳鋼,而是采用奧氏體不銹鋼、青銅、蒙乃爾。在這樣的溫度范圍,閥的操作一般是控制極冷的氣體和液化氣。常常碰到的有:空氣,氮、氧、氫和氦。其中一些流體的性質(zhì)列在表2中。用于這些場合,閥的承壓部件除了考慮結(jié)構(gòu)材料外,還要考慮許多附加的因素。
氣體
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N2
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O2
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CH4
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H2
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He
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F2
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密度,NTP*磅/英尺3
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0.0724
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0.0827
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0.0415
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0.0052
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0.0052
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0.0982
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沸點,1大氣壓°F
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-320.4
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-297.4
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-258.7
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-423.2
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-452.1
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-306.6
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在沸點的蒸汽密度,磅/英尺3
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0.288
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0.296
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0.111
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0.084
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1.06
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—
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在沸點的液體密度,磅/英尺3
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50.41
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71.27
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26.46
|
4.37
|
7.62
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94.2
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在沸點的汽化熱,英熱單位磅/
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85.2
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91.7
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219.2
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193
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8.8
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74.1
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臨界溫度°F
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-232.8
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-181.1
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-116.5
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-400.3
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-450.3
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-200.2
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臨界壓力,磅/英寸2(絕壓)
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492.3
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736.9
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673.1
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187.7
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33.2
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808.3
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現(xiàn)在要特別注意長頸型上閥蓋的結(jié)構(gòu)。甚至當閥體材料是青銅時,長勁型上閥蓋一般也用奧氏體不銹鋼以減少傳熱。要極為注意;液化氣不能都積聚在上閥蓋之間,因為關(guān)閉時不斷的氣化有形成高壓的危險。
在所有的情況下,閥門要嚴格的絕熱。在工廠低溫區(qū)的工藝設(shè)備配管和閥門常常裝在“冷箱”中。這種情況下,閥門有一個特別長的上閥蓋,它可以裝在水平位置。圖30所示的特殊結(jié)構(gòu)常常用于這種情況。直徑較大的上閥蓋部分用不銹鋼制成,并從冷箱壁層中伸出來。這種,不涉及閥體就可以卸下包括閥芯和閥座的閥內(nèi)件。閥體可以焊在系統(tǒng)中以減少冷箱本身的泄漏。在長頸型上閥蓋內(nèi)部的下端有聚四氟乙烯人字形密封墊,其作用和止回閥一樣。使進入上閥蓋部分冷凍劑的泄漏量減至最小,而又可以放出形成的任何氣體。這樣,進入系統(tǒng)的熱量減至最小。
長頸型上閥蓋的外端常常配有安裝法蘭,它通過撓性膜片和在冷箱上的一個較大的法蘭相連接。
圖31說明一個很特殊的低溫閥,它的真空絕熱夾套包圍住整個閥體和閥體的長頸,夾套上裝有可以伸縮的不銹鋼波紋管,以減少管道由于熱膨脹所引起的變形。注意:它用一種薄壁圓筒代替普通的伸長閥桿以提供一個長的傳導路線,并減少閥桿和閥體圓筒之間的蒸發(fā)空間。輻射熱損失成為一個重要的因素,利用電拋光閥的外表面和一種鋁片隔板可以將它減至最小。在這類閥中,保證重量輕是很重要的,但同時要有比較高的流通能力,因為質(zhì)量小就減少了冷卻的氣化。同樣的閥門采用“V”型結(jié)構(gòu)能進一步減小壓力損失,特別是雙位操作時。
裝有長頸型上閥蓋的旋轉(zhuǎn)閥常用于要求嚴密關(guān)閉的深冷場合。圖32表示一個特殊閥,該閥采用了一個偏置閥板和一個球形閥座密封表面,使用特殊的聚三氟氯乙烯唇形密封墊,減小了突然打開所需的轉(zhuǎn)矩。對于比較大的尺寸,閥門重量輕是一個重要因素。
一般,深冷閥在加工時,特別是在裝配時,對清潔度的要求更為嚴格。
在選擇潤滑劑時需要特別注意,在裝配零件時可以用它來防止“磨損”。有許多潤滑劑會固化或變脆,而有許多完全不適用于流動的流體。為此,已經(jīng)開發(fā)了許多用于這種場合的化合物,并已大量使用。還有許多需要特別注意事項,例如,當控制液態(tài)氟時,它和任何碳氫化合物接觸能夠自燃。控制氧時,無論在常溫還是在深冷溫度,存在更普遍的問題,除了和某些雜質(zhì)接觸有自燃的可能性外,氧還能助燃,如果一旦發(fā)生火災(zāi),將燒毀整個管線系統(tǒng)。大多數(shù)公司對使用深冷液體時的凈化和脫脂方法都有詳細的技術(shù)規(guī)定。
圖30 閥芯閥座環(huán)可以從上閥蓋中取出的“冷箱”閥
圖31 用于液態(tài)氫、氦或其他深冷液體操作的真空夾套低溫閥
圖32 偏置閥板的低溫蝶閥,帶唇形彈性密封墊,用于嚴密關(guān)閉
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