Caractéristiques du robinet à soupape cryogénique en acier forgé et sélection de la structure

Le robinet à soupape cryogénique en acier forgé convient au système de gestion des équipements de stockage et de transport de liquides cryogéniques. Il présente les caractéristiques d'un interrupteur flexible et d'une étanchéité fiable. Il peut également être utilisé pour les systèmes de gestion d’autres milieux basse température et cryogéniques. La vanne d'arrêt à température normale signifie que la température de fonctionnement du fluide est comprise entre -40 et +500 degrés et que le matériau du corps de la vanne est également différent. La vanne d'arrêt à basse température fait principalement référence à la vanne d'arrêt dans le système à fluide liquide à basse température avec une température moyenne de -196 ~ -150 degrés.

Les vannes à soupape cryogéniques en acier forgé, en particulier les vannes à ultra-basse température, ont des températures de fonctionnement extrêmement basses. Lors de la conception de ce type de vanne, en plus de suivre les principes généraux de conception des vannes, il existe également des innovations spéciales.

1. Conception d'une vanne cryogénique

Selon les conditions d'utilisation, la conception des vannes cryogéniques présente les exigences suivantes:

1) La vanne doit avoir la capacité de fonctionner pendant une longue période dans un milieu à basse température et à température ambiante.

2) La vanne ne doit pas devenir une source de chaleur importante pour le système cryogénique. En effet, l'afflux de chaleur réduit non seulement l'efficacité thermique, mais si l'afflux est trop important, le fluide interne s'évapore rapidement, provoquant une augmentation anormale de la pression et présentant un danger.

3) Le fluide à basse température ne doit pas avoir d'effet nocif sur le fonctionnement du volant et les performances d'étanchéité de la garniture.

4) L'ensemble de vannes directement en contact avec le milieu cryogénique doit avoir une structure antidéflagrante et ignifuge.

5) Les ensembles de vannes qui fonctionnent à basse température ne peuvent pas être lubrifiés, des mesures structurelles doivent donc être prises pour empêcher les pièces de friction de se rayer.

2. Sélection des matériaux de la structure de la vanne cryogénique

1. Le matériau principal de la vanne cryogénique

(1) Facteurs à prendre en compte dans le choix du matériau principal Du point de vue de la métallographie, en plus de l'acier austénitique, du cuivre, de l'aluminium, etc. avec un réseau cubique à faces centrées, l'acier général aura une basse température à basse température. Fragilité, réduisant ainsi la résistance et la durée de vie de la vanne.

Lors du choix du matériau principal, choisissez d’abord le matériau adapté au travail à basse température. L'aluminium ne présentera pas de fragilité à basse température, mais comme la dureté de l'aluminium et des alliages d'aluminium n'est pas élevée, la surface d'étanchéité en aluminium a une faible résistance à l'usure et aux rayures, il existe donc certaines restrictions sur son utilisation dans les vannes à basse température. . En option pour les vannes de petit diamètre.

Les matériaux qui fonctionnent à basse température doivent assurer leurs performances à basse température, principalement pour assurer leur résistance aux chocs à froid. Les parties internes de la valve doivent être sélectionnées correctement pour lui donner une résistance suffisante aux chocs froids pour éviter toute fracture. Les aciers alliés C et Cr perdent rapidement leur résistance aux chocs lorsqu'ils sont inférieurs à -20 ℃, de sorte que la température de service est limitée à -30 ℃ et -50 ℃ respectivement. L'acier au nickel avec 3,5 % de Ni peut être utilisé jusqu'à -100 °C, et l'acier au nickel avec 9 % de Ni peut être utilisé jusqu'à -192 °C. L'acier inoxydable austénitique, le nickel, le Monel, l'Hastelloy, le titane, l'alliage d'aluminium et le bronze peuvent être utilisés pour abaisser les températures (-273°C).

1) La température minimale de fonctionnement de la vanne ;

2) Propriétés mécaniques requises par les matériaux métalliques pour maintenir les conditions de travail à basses températures, en particulier la résistance aux chocs, l'allongement relatif et la stabilité structurelle ;

3) Dans le cas de basses températures et d’absence de lubrification à l’huile, il présente une bonne résistance au frottement ;

4) A une bonne résistance à la corrosion ;

5) Lors de l’utilisation d’une connexion soudée, les performances de soudage du matériau doivent également être prises en compte.

(2) Sélection des matériaux pour le corps de vanne, le couvercle de vanne, le siège de vanne et le disque de vanne (porte)

Le principe de sélection des matériaux de ces pièces principales est grossièrement : l'acier ferritique doit être utilisé lorsque la température est supérieure à -100 ℃ ; l'acier austénitique doit être utilisé lorsque la température est inférieure à -100 ℃ ; le cuivre et l'aluminium peuvent être utilisés pour les vannes basse pression et de petit diamètre. Et d'autres matériaux.

Lors de la conception, sélectionnez les matériaux appropriés en fonction de la température de fonctionnement la plus basse.

(3) Matériau de la tige de valve et des fixations

1. Lorsque la température est supérieure à -100 ℃, le matériau de la tige de valve et du boulon doit être du Ni, du Cr-Mo et d'autres aciers alliés, après un traitement thermique approprié, afin d'améliorer la résistance à la traction et d'éviter le morsure du filetage. Lorsque la température est inférieure à -100 ℃, il est fabriqué en acier inoxydable austénitique résistant aux acides. Cependant, l'acier 18-8 résistant aux acides a une faible dureté, ce qui entraînera des rayures entre la tige de vanne et la garniture, entraînant une fuite au niveau de la garniture. Par conséquent, la surface de la tige de valve doit être plaquée de chrome dur (l'épaisseur du revêtement est de 0,04 à 0,06 mm), ou être nitrurée et plaquée nickel-phosphore pour améliorer la dureté de la surface. Afin d'éviter le grippage de l'écrou et du boulon, l'écrou est généralement en acier Mo ou en acier Ni et la surface du filetage est recouverte de bisulfure de molybdène.

2. Sélection de joints de vanne cryogénique et de matériaux d'emballage : à mesure que la température diminue, le plastique fluoré rétrécit considérablement, ce qui réduira les performances d'étanchéité et provoquera facilement des fuites. Le mastic d'amiante ne peut pas éviter les fuites de perméabilité. Le caoutchouc a des propriétés gonflantes face au gaz naturel liquéfié et ne peut pas être utilisé à basse température. Dans la conception des vannes cryogéniques, d'une part, la conception structurelle garantit que la garniture est proche de la température ambiante. Par exemple, une structure de couvercle de soupape à long col est utilisée pour séparer la boîte à garniture