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超低温阀门的结构优化设计
作者：吕延彬 郭睿
来源：《科技创新与应用》2015年第10期
摘 要：随着超低温流体介质应用范围的不断扩大，其生产制造、储存及运输设备也得到了快速发展，其中超低温阀门既是这些设备中关键的结构部件，对整个加工或运输系统都起到至关重要的作用。文章是针对液化天然气运输设备中超低温阀门进行优化设计，首先讨论超低温阀门的材料选择，其次对阀门的各个子元素结构进行分析研究，讨论其必要性，并针对介质特性对超低温阀门中关键结构进行优化设计。
关键词：超低温阀门；优化设计；结构分析；液化天然气 引言
随着我国经济与工业的快速发展，液化天然气也逐渐成为人们生活中必备的能源物质，它具有一定的清洁性与低温性。目前，液化天然气使用率正在以大幅度增长趋势而不断增加，在全球市场上也是增长速度最快的能源之一。液化天然气具有易燃、易爆与易汽化等特点，因此研究液化天然气的运输、存储以及控制设备，对于确保液化天然气的稳定供给，以及提高整个设备的操作与运输安全都具有十分重要的实际意义。由于阀门是流体输送系统中的主要控制部件，具有导流、截止、调节、稳压、分流且防止逆流或溢流泄压等作用，文章既是针对液化天然气运输设备中的关键结构，即超低温阀门进行优化设计，讨论超低温阀门的材料选择，并对阀门的各个子元素结构进行分析研究，讨论其必要性，并提出部分设计要点。 1 超低温阀门的材料选择
超低温阀门的设计首要即是针对材料的选择，纵观阀门发展的历程，用于制作阀门的材料是多种多样的，主要包括：黄铜、锻钢、不锈钢、铸钢、铸铁等[1]。由于液化天然气是一种不同于常规流体的一种特殊的低温流体，阀门的材料必须要适应低温工作环境，同时还需考虑液化天然气的特性，使材料能够很好地引导低温流体介质。其次是针对阀门密封结构的设计，因阀门的工作环境温度不稳定，具有一定的变化幅度，从而极易使导致阀门元件受损且产生控制误差，因此为了实现有效误差补偿，密封结构可设计成柔性。同时对于阀门材料必须要进行深冷处理，以稳定材料的金相组织，消除可能存在的低温变形[2]，使材料在服役过程中，不会出现突然的失效。由于液化天然气的低温可达到-165℃，而常见的金属材料在很低的温度下其强度和韧性均可能会有所变化，因此当阀门控制的介质温度低于-70℃时，一般使用非金属密封副材料，而目前国内的低温球阀主要采用PCTFE材料作为软密封阀座材料。 2 超低温阀门的结构设计 2.1 阀盖结构设计