摘要：随LNG的广泛使用，低温阀门在我国经济社会中的经济效用日益显著，其测试装置的运营成本就愈发重要。本文将针对阀门低温试验装置进行分析，其目的是探究出阀门低温试验装置的节约型设计。
关键词：阀门；低温试验装置；节约型
低温阀门的零部件深冷处理、阀门整体的低温密封性能测试以及微泄漏检测都必须借助阀门低温试验装置进行。该装置的可靠性、稳定性、灵敏度和运营成本直接影响阀门及其零部件的测试水平。本文将针对-196℃度阀门低温试验装置的设计进行详细的分析，并在此基础上寻求节约型低温实验装置结构。
1、阀门低温试验装置的内涵
正常情况来说，人们所谓的低温阀门，一般指温度在零下46℃——零下196℃度。在此温度区间，不同类型的阀门可适用于不同的温度段和不同的介质。表1给出了不同介质的通常温度。在一般情况下，低温阀门除壳体材料、内件材料、密封副特别是储能圈需采用适应低温的材料和结构外，还必须采用带滴水盘的长颈阀盖结构来防治填料的冻结，确保阀门在开和关两个状态以及开关过程中将上层填料温度维持在0℃度以上【1】。低温试验装置应该针对整体的阀门低温状态下结构的形变和异常的形态进行充分的考虑。选择适合的材料来实现机械零件和温度、氦密度等传感器的有效性。在低温环境下，一般都是利用热力循环或者是低温介质进行的处理工作，当温度达到零下196℃度时，需要利用氦气的渗透性，采用液态氮气作为冷冻的介质，进行深冷处理和密封性能测试包括微泄漏测试。有的装置也根据需要加入一定比例的酒精调节不同温度。
表1 （不同介质在不同温度下的汽化反应）
2、阀门低温试验装置的节约型设计
本低温系统采用液态氮作为冷源介质，能够为阀门低温试验装置营造出一个可靠的低温环境，在该低温阀门装置试验的过程中，因为液态氮气的温度更加适合创造深冷环境，液态氮气的来源方便而且非常环保，成本也相对较为经济，无污染的特点，非常适合在阀门低温试验装置中进行广泛的应用。利用液态氮进行试验，通常会使用一些酒精来调节出不同温度【2】以满足各种实验的需要。低温系统主要是通过低温储罐、低温试验槽、低温连接管道、温控设备等各个环节构成的，其主要构造的形态，为图1。在整个装置的基础上，低温系统在运行与消耗的过程中，主要是利用传热功能来弥补冷量损失，其中传热的设备主要包括设备传热消耗和工件传热消耗。除此之外，针对工件传热消耗来说，是针对工件降温和维持工件需求的合理消耗。针对设备传热消耗的内容来说，很大程度上决定了系统的工作效率。
图1 （低温系统的主要构造，不同大小的低温槽实现了系统的经济性）
2.1 低温储罐与真空绝热管道的节约型设计
在一般情况下来说，在开展阀门低温试验装置设计的过程中，制冷媒介一般都是商家进行提供的，以便于源源不断的保障低温装置的不断运行，及时的针对制冷系统进行补液。所以，低温储罐和低温连接管道是必须具备的基本配置。低温储罐一般主要用于低温冷媒较长时间的存储和维持，以便于保障低温储罐的压力和输送需求。专业储罐会严格的按照我国的相关生产需求，制定双层保温结构夹层，并且通过真空填充膨胀珍珠岩粉堆积绝热。并且导热系数≤0.0W/（m.K），其夹层的真空度为（1.2~1.8）pa，储罐必须要具备安全防护措施和压力维持装置设施，并配置相应的显示仪表【3】。低温储罐与低温试验槽之间需要各种低温管道连接，以便于更加合理、方便补液并合理利用残液，所以在低温储罐装置中的冷量损失是不容忽视的。与此同时，在管道内介质吸收热量之后，便会导致气体异常升压的现象，这现象会为低温储罐的管道带来极大程度上的损耗。利用传统低温管道保温材料外敷的现象，虽然可以在一定程度上针对低温储罐管道进行一定的保护，但是针对温差情况的处理不容乐观。
针对真空绝热管来说，在我国航空航天技术不断发展与进步的当下，也逐渐的应用到民用装置中。针对真空绝热管来说，一般都是双层结构，中间的保温夹层的厚度是相对有限的。针对真空隔热管的要求来说，相比储罐的真空度要求相对更高、精准度也相对较高。从设计的工作来看，必须应该结合实际的情况开展分段设计制作，必须要服务于现场安装与制作。此外，在日常生活中应该避免外力的撞击与损耗。在应用真空绝热技术后，其作用是非常显著的，不仅能够有效的针对日常所消耗的冷量进行控制，并且外形也非常美观大方，并且没有其他额外复杂的的安全防护措施，为阀门低温试验装置带来了强大的保障。
2.2 低温试验槽节约型设计
本装置采用大小不同的低温槽结构取代了通常单体的低温槽结构，很好的适应了实际工作中不同批量，不同体积阀门及其零部件测试和处理的要求，从而大量节约了液氮等资源的耗费，实现了节约型和环境友好型运营。
低温试验槽是阀门低温试验装置常见的一种装置，具有很强的承重负荷，并且能抗很有可能产生的吊装冲击，所以在针对低温试验槽设计的过程中，应该尽量避免运用真空绝热结构。此外，由于低温试验槽的工作时间相对较长、工作的时受热面积也相对较大，所以做好低温试验槽的传热防护设计，是工作的重中之重。在低温试验槽设计的过程中，应该尽量的运用双层敞口金属结构，并且必须配备相应的保温上盖。夹层填充高保温聚合物发泡材料。此外，针对低温试验槽设计的内胆设计必须要保障其厚度，以便于承受可能产生的冲击力【4】。针对低温试验槽底部的设计，应该简便可靠的阀门固定机制，以便于防止试验中阀门的整体转动。低温试验槽内部、外部的传热形式，一边是利用热传导的形式，所以在针对低温试验槽设计的过程中，应该设置“传热断桥”，以便于随时随地的避免筋板产生热传导。低温试验槽底部夹层的设计工作，要切实的保障绝热支撑结构的合理性，站在综合的角度，针对冷媒总量、工件重量以及试验设备等附加的总量进行合理的考量，并针对吊装时的冲击荷载进行详细的分析。
2.3 喷淋调温系统节约型设计
由于在实际的阀门试验装置设计与运用的过程中，不同的介质执行标准存在一定的温度差异，导致试验温度以及试验范围和持续时间也存在不同。我国明确的规定了试验温度应该结合阀门工况的温度，并且利用液态氮气的手段，加入一定比例的酒精，以便于调控液体挥发的速度，调控试验装置的温度。为了秉承节约型设计的原则，节省酒精和氮气的耗费，保障整个系统的安全，就应该积极的针对物体的制造成本进行控制。针对低温试验的目的，便是在检验阀门在模拟工况的性能之下，保障达到相关问题的检验要求。为此，笔者提出了利用液态氮调节温度的方案。
2.4 为了进行微泄漏性能测试，有必要在实验装置内布置氦气回路和氦质谱仪。该回路从装置以外的氦气源通过减压阀获取实验需要的氦气压力，并接入被测试阀门。按照不同的测试目的和不同的测试标准，让阀门处于开或者关的位置，在深冷环境下让阀门被测试的内腔充盈氦气并稳定在需要的压力，持续到需要的时间，再通过氦质谱仪判断氦的浓度，从而测试阀门的微泄漏量。
针对液态氮调节温度的方案，主要是受到保险液态氮食品保鲜的启发。将试验元件放置到保温空间内，并且通过密布喷嘴向试验元件的表面喷洒液态氮。通过铂电阻传感器的手段，当温度达到预设温度时，及时的利用PLC切断低温电磁阀。若温度再次升高，并重复的喷洒液态氮气，切实的保障工作开展的节约型。
结束语
总而言之，阀门低温试验装置是低温阀门生产的重要设备，在当前低碳环保新形势的号召下，应该积极的进行试验设备制造或改造。切实的从可靠、经济的角度，在保障阀门低温试验装置安全性的同时，体现阀门低温试验装置的高效性和精准度，切实的践行经济型设计工作的实际要求。
参考文献
[1]朱绍源, 吴怀昆, 杨恒,等. 阀门低温试验装置的节约型设计[J]. 机械设计与制造, 2011(7):245-247.
[2]朱绍源, 沈允錶, 郭怀舟,等. 低温阀门深冷试验装置的设计[J]. 流体机械, 2009, 37(11):28-31.
[3]张晶, 赵磊, 黄元红,等. LNG超低温阀门低温气密试验设计[J]. 液压气动与密封, 2015(6):26-28.
[4]田园. 新型低温阀门性能测试系统的研究[D]. 上海工程技术大学, 2014.
论文作者:王正朝
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/25
标签：低温论文; 阀门论文; 装置论文; 温度论文; 液态论文; 节约型论文; 储罐论文; 《基层建设》2018年第18期论文;