低溫閥門閥蓋頸部溫度場分析與結構設計

    應用技術

    作者：梁強

    [摘 要]伴隨著我國經濟的發展與工業的進步，很多低溫工程相繼壯大起來，而低溫閥門的質量對於整個生產工程的影響是非常巨大的，筆者根據實際的經驗對低溫閥門的閥蓋頸部溫度場進程分析，並通過一定的物理模型設計閥門的結構，為我國低溫工程的發展提供一定的借鑒意義。

    [關鍵詞]低溫閥門；溫度場；結構設計

    中圖分類號：TS737+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）30-0389-01

    低溫閥門是指工作溫度在四十攝氏度以下的閥門，其在石油化工、天然氣以及製冷工藝中有著廣泛的應用，隨著我國工藝生產技術的進步，對低溫閥門的安全性有了更高的要求，通過向低溫閥門中添加材料使其封閉性得到提高，同時使用長頸的閥蓋來增強其製冷功效，本研究以傳熱學為理論基礎，用物理和數學的方法分析低溫閥門閥蓋長頸溫度場的分布，從而使得閥門的設計更加標準、安全。

    1、低溫閥門閥蓋頸部溫度場物理及數學模型簡介

    低溫閥門閥蓋頸部溫度場分析是建立在傳熱原理的基礎之上，其不僅需要嚴謹的物理分析過程，還需要先進的設備支持以及傳熱設計，我國有關低溫閥門的設計與使用正在不斷的改進與完善，尤其是資金的投入方麵更是加大了力度，熱量傳遞的方式有熱對流、熱傳導與熱輻射，導熱過程要滿足單值性的條件，通過在閥門中添加適當的材料使其在零攝氏度以下工作，這樣不僅能夠提高閥門的封閉效果，還能夠防止閥杆發生劃傷，那，長頸閥蓋的溫度場要通過物理模型來進行分析，簡化的物理模型就是在閥蓋的軸孔與閥杆之間放置相同的材料，忽略低溫的液體徑向溫度差，將長頸閥蓋看成整體，填料函以上部分閥杆長度可認為是相當於閥蓋長度部分的擴展換熱麵，僅起到改變上端麵與結合處對流換熱係數的作用。因此，整個換熱結構由兩個圓柱體組成，且為擴展換熱麵的低溫空氣雙原子體，而不用考慮周圍的溫度變化與輻射影響等。另外，數學模型的建立是通過閥杆與低溫介質之間所進行的熱傳導以及閥蓋與空氣間的熱對流，閥杆僅相當於閥蓋和閥杆組合體的散熱翅片，用來加大上表麵和空氣的對流換熱，與此同時，閥蓋、閥杆壁麵與環境之間的對流換熱起到增加底部對流換熱的作用，再通過微積分方程進行求導，就能夠得到當量對流換熱係數的計算結果，最後進行溫度場的相關分析，需要注意的是如果閥門頸部頂端的平均溫度與環境的對流換熱相等時，要使當量對流換熱係數滿足線性平均溫度的要求，以確保計算結果的準確性，為低溫閥門閥蓋的頸部溫度場分析提供更加準確的信息，建立低溫閥門的標準化生產。

    2、低溫閥門的結構設計

    2.1 低溫閥門的設計要求

    低溫閥門的設計比較嚴格，不僅要嚴防一些易燃易爆的危險材質，還要滿足極低的工作環境和極高的壓力，與普通的閥門設計不同，低溫閥門設計要滿足以下幾個條件，其一，閥門及其配件要能夠在惡劣的條件下長時間的工作，至少要達到四千次以上的循環；其二，在閥門中填充的材料不能夠傳導熱量，這是為了提高低溫閥門的工作效率，增加內部液體的流動速度，，如果一旦由於壓力過大發生危險要能夠即使的采取有效措施解決，同時，低溫介質也不要過多的受到周圍環境的影響，有的時候一些看似安全的材料混合之後會導致不良的後果。其三，就是低溫閥門的配件不要直接的接觸介質，隻有這樣才能夠很好的控製爆炸、起火事故的發生。其四，不能像普通閥門一樣潤滑低溫閥門，應該使用恰當的結構保護措施降低部件摩擦受損；最後，就是低溫閘閥、截止閥、球閥、蝶閥的閥蓋 要求根據不同的使用溫度設計成便於保冷的長頸閥蓋結構，以保證填料函底部 的溫度保持在零攝氏度以上，需要注意的是，長頸閥蓋的長頸部分應有足夠的厚 度；閘閥、截止閥等低溫閥門要求設置上密封；閥體和閥蓋接頭要求采用螺栓、焊接或管接頭，不允許采用螺紋連接。