奧氏體不銹鋼超低溫閥門發展新趨勢

                           上海申弘閥門有限公司

     奧氏體不銹鋼是在使用條件下以奧氏體組織或以奧氏體組織為主的不銹鋼。奧氏體不銹鋼具有多種*的性能, 可用于各種不同的領域中, 尤其是優異的低溫韌性使之作為低溫結構材料而被廣泛應用在超低溫工程中。目前, 超低溫閥大多選用奧氏體不銹鋼制造。超低溫閥門是低溫工程中*的流體管路控制裝置。超低溫閥門的功能與普通閥門基本一致, 也是用于接通或切斷管路介質、調節介質壓力和流量。目前, 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。超低溫閥門有閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥及節流閥等類型, 主要用于氣體的液化、分離、輸送和貯存等設備上。使用溫度可達 - 270 ℃以下。1概述隨著天然氣液化技術的快速發展,液化天然氣(LNG)的消費量目前正以每年10%的速度增長,已成為一種新興的節能和清潔能源。LNG的主要成分為甲烷、少量乙烷、丙烷以及其他成分,其沸點為-162℃,熔點為-182℃,燃點為650℃。LNG的分子量小,粘度低,滲透性強,易于泄漏和擴散,在其生產、接收、運輸和氣化等裝置中,超低溫閥門對其系統的安全可靠運行具有極為重要的作用。目前,LNG關鍵設備用的閥門需要通過技術攻關和研發超低溫球閥、截止閥、止回閥及蝶閥等,以解決產品依賴于進口和盡快國產化的技術難題。2閥門特性2.1材料選擇(1)奧氏體不銹鋼超低溫閥門材料應具有足夠的韌性和組織穩定性,以保證在低溫下不會因相變導致變形繼而影響閥門的密封性。通常情況下體心立方結構有明顯的低溫脆性,而面心立方結構有很好的低溫韌塑性。選用面心立方結構奧氏體不銹鋼304、304L、316、316L作為閥體、閥座、閥瓣及球體等關鍵零部件的材料,這些材料沒有低溫冷脆臨界溫度,在低溫條件下,仍能保持較高的韌塑性。在27～-269℃時,材料304、304L、316隨著溫度的降低,其抗拉強度和屈服強度都增高。
超低溫閥是在深冷的低溫范圍內工作的閥門。對其工作溫度的劃界, 目前尚無統一的規定。例如俄羅斯(前蘇聯) 把在- 272～ - 153 ℃溫度范圍工作的閥門稱為超低溫閥門。日本液化石油氣管理法則把工作在低于- 150 ℃的閥門稱為超低溫閥門。我國目前尚未規定超低溫閥門的溫度界限。在閥門行業, 趨向以- 100 ℃作為超低溫閥門的工作溫度上限, 也就是把工作溫度低于- 100 ℃的閥門定為超低溫度閥門。這是一種按閥門使用材料來進行分界的方法。即當工作溫度< 100 ℃時, 閥門的主體材料選用奧氏體不銹鋼。
超低溫閥門的工作介質不僅溫度低, 而且大部分或有毒, 或易燃易爆, 而且滲透性強, 因此決定了對閥門用材的諸多特殊要求。
(1) 良好的耐低溫性超低溫閥不僅要求在設定的溫度下能正常工作, 同時也要保證在常溫下的工作性能。因此, 所選材料既要滿足常溫力學性能, 又要符合使用溫度下對力學性能的要求。尤其要求材料在超低溫下應具有足夠的韌性以防止低應力下的脆性斷裂。同時要求材料組織穩定, 保證在使用過程中不會因相變而引起尺寸變化, 終導致閥門密封失效。
(2) 與介質相容性超低溫閥門用材應與工作介質相容, 即對介質具有足夠的化學抵抗力, 保證閥門在使用期限內, 與介質相接觸材料的化學及物理性質不會發生顯著變化。同時, 閥門用材還應符合低溫介質防爆性的相容條件。
(3) 低的熱導率由于超低溫閥的工作溫度很低, 為降低傳熱, 控制熱漏, 閥門除采用特殊結構(設置絕熱裝置) 外, 還應選用熱導率相對低的材料, 以減少熱損失。
(4) 良好的焊接性能鍛焊結構的閥體材料或對焊連接的閥門主體材料, 應考慮材料的焊接性能和在使用溫度下焊縫的可靠性。需熔敷特殊合金(如Co - Cr - W 硬質合金) 的密封面時, 還應考慮材料本身堆焊(噴焊) 的可行性。
經過分析, 具有面心立方晶格的銅、鋁合金和奧氏體不銹鋼等材料, 因沒有低溫脆性現象, 故可作為超低溫閥門用材。雖然銅、鋁合金各有一定的優點, 但因強度低, 一般只用于低壓及小口徑閥門。而9 %鎳鋼雖然可用于- 196 ℃工況中, 但由于工藝復雜, 一般很少選用。只有奧氏體不銹鋼適宜作為各種規格、不同壓力等級的超低溫閥門用材。超低溫閥門性能測試軟件系統是針對研制的DN15-DN300型LNG超低溫用閥門進行低溫密封性能測試過程中所需要的參數監測、采集以及處理的專門軟件。軟件開發依據標準BS 6364-1998和JB/T 7749-1995所規定的低溫閥門性能測試要求進行,應用虛擬儀器圖形化的編程軟件LabVIEW為開發平臺,構建實時檢測、采集與數據處理測試程序,能夠實現對低溫閥門性能測試過程中數據自動保存與分析處理。測試軟件系統通過數據采集儀以RS-232串口通訊的方式把各種傳感器獲取的參數傳輸至計算機,在不同測試工況下實現對低溫閥門各項性能測試參數的自動采集與監控。測試軟件系統能夠根據測試所得數據進行分析處理、存檔、打印和實時曲線繪制,并輸出測試報告。

超低溫閥門的發展

 隨著低溫技術的發展，與管道輸送系統相配套的超低溫閥門也得到了迅速的發展。由于其溫度極低，給超低溫閥門的設計與制造帶來了一系列技術難題，例如，材料的選擇、低溫密封、結構設計、固溶化處理，深冷處理、絕熱、質量檢測、維修等。為了提高超低溫閥門檢測與試驗手段，以此延長該產品的使用壽命，近在始對外運行與技術和質量檢測服務，來推動低溫閥門國產化進程。其專業對外開展超低溫液態天然氣閥門低溫工況特性及產品型式的研究和低溫材料性能檢測與試驗，減少低溫下的變形，提高使用壽命的低溫閥門檢測設備。     通過引進深冷處理設備，為工件的深冷處理工藝等提供了有力保障。該檢測設備可廣泛應用于機械工程、、醫學研究、食品加工、遺傳工程、植物保存等領域。     

隨著我國石化行業的飛速發展，其加大了低溫閥門的需求量，而原來低溫閥門大都依賴進口。近兩年，一批國內閥門生產企業開始涉足低溫閥門領域。但考慮到投資成本因素，都不具備這類閥門的檢測與試驗設備，導致這類閥門產品在使用過程中容易出現變形等質量問題。上海申弘閥門有限公司把握市場需求，投資200多萬元引進國內目前的由中國科學院理化技術研究所研制的超低溫閥門的試驗與檢測設備，并在國內閥門行業中開展特種閥門技術和質量檢測服務，可安全有效的使用在國內的石油、石化、天然氣等重點工程項目上。  

  據了解，低溫閥門產品可廣泛應用于液化氣體如氧、氮、氫，特別是液化天然氣的生產、運輸和貯存裝置。天然氣在運輸過程中需要在零下165℃以下才能變成液體，這對超低溫閥門產品的質量要求非常高。上海朝光閥門有限公司引進的這種試驗與檢測設備，*解決了超低溫閥門的產品在檢測上的難題，為提高這類產品的質量提供了保障。 

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與本文相關的論文有：五陽煤礦應用閥門案例