一、低溫閥門的定義
不同標(biāo)準(zhǔn)對低溫閥門有不同定義。BS 6364《低溫用閥門》適用于介質(zhì)溫度范圍為-50～-196℃。MSS SP 134《對低溫閥門及其閥體／閥蓋加長體的要求》對低溫定義為-100～-195℃。GB／T 24925《低溫閥門技術(shù)條件》規(guī)定介質(zhì)溫度范圍為-29～-196℃。殼牌閥門標(biāo)準(zhǔn)《低溫及超低溫用閥門》適用于介質(zhì)溫度范圍為-30～-196℃。
國外根據(jù)各種不同氣體在常壓下的液化溫度一般分為：00~-46℃46℃,-47~-60℃,-61～-70℃，-71～-101℃，-102～-196℃，-253℃以下。一般將-46～150℃稱為低溫，-150℃以下稱為超低溫。
我國石化行業(yè)一般將應(yīng)用在介質(zhì)溫度-40℃以下的閥門稱為低溫閥，應(yīng)用在介質(zhì)溫度-101℃以下的閥門稱作超低溫閥門。
低溫閥門包括閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、節(jié)流閥，減壓閥等。MSS SP 134標(biāo)準(zhǔn)中涉及低溫閘閥、低溫截止閥、低溫球閥和低溫蝶閥，GB/T 24925標(biāo)準(zhǔn)中涉及低溫閘閥、低溫截止閥、低溫止回閥、低溫球閥和低溫蝶閥，見圖6.7.1。
二、低溫閥門材料選用與設(shè)計
低溫閥門閥體、閥蓋等耐壓零件的材料，通常選用低溫強(qiáng)度好的韌性材料，考慮焊接性、機(jī)加工性能、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等因素。-46℃低溫級一般選用低溫碳鋼，-101℃和-196℃低溫級一般選用300系列奧氏體不銹鋼。
根據(jù)ASME B31.3低溫閥門常用材料的最低適用溫度見表6.7.5。
1. 閥蓋
低溫閥門的一個最顯注的特點(diǎn)就是其閥蓋一般為長頸結(jié)構(gòu)，GB/T 24925規(guī)定“低溫閘閥、截止閥、球閥、蝶閥的閥蓋應(yīng)根據(jù)不同的使用溫度要求設(shè)計成便于保冷的長頸閥蓋結(jié)構(gòu)，以保證填料函底部的溫度保持在0℃以上”。主要是為了使閥門操作手柄和填料函結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離低溫區(qū)，既可以避免溫度太低造成操作人員凍傷，也可以保證填料函和壓套在正常的溫度下使用，防止填料的密封性能降低，延長填料的使用壽命。此外，由于低溫管道一般有著較厚的保冷層厚度，長頸閥蓋便于保冷施工，并使填料壓蓋處于保冷層外，有利于需要時隨時緊固壓蓋螺栓或添加填料而無需損壞保冷層。
BS 6364規(guī)定了DN15～DN500 帶冷箱的加長尺寸，并規(guī)定非冷箱最小加長長度應(yīng)為250mm。MSS SP 134包含了DN15～DN300的帶冷箱和非冷箱的加長尺寸要求，非冷箱加長尺寸比BS 6364規(guī)定長，帶冷箱加長尺寸比BS6364規(guī)定短。
2. 滴水板結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于閥門內(nèi)傳遞是低溫介質(zhì)，為了避免或減少介質(zhì)溫度向閥桿及其上端的填充材料傳遞，防止這些材料因凍結(jié)而失效，可在閥門中增加滴水板結(jié)構(gòu)。
3. 泄壓部件
當(dāng)閥門為閉合狀態(tài)時，閥體內(nèi)的低溫介質(zhì)吸收環(huán)境中熱量而逐漸汽化，其體積迅速上升，例如，液化天然氣汽化后的體積為液態(tài)時的數(shù)百倍，導(dǎo)致閥門內(nèi)部超壓，甚至威脅到閥門的安全，導(dǎo)致介質(zhì)泄漏甚至造成火災(zāi)事故，因此要求帶中腔自泄壓結(jié)構(gòu)，使閥門內(nèi)腔壓力異常超壓時，實(shí)現(xiàn)自動泄放。
4. 閥桿
閘閥與截止閥的閥桿應(yīng)具有上密封。并滿足穩(wěn)定性要求，以防止施加壓力負(fù)載時產(chǎn)生失穩(wěn)。閥桿應(yīng)該能夠傳遞必需的扭矩或推力到閥門關(guān)閉件（閥瓣、閘板、球或蝶板等）上，并能承受操作的載荷附加應(yīng)力。閥桿的危險截面應(yīng)設(shè)置在不與介質(zhì)接觸的可見部位。
5. 操作力
在工作條件下，手動操作閥門時，在手柄或手輪邊緣最大作用力應(yīng)不超過350N，在閥門開啟和關(guān)閉瞬間，允許增加到1000N，當(dāng)裝有減速機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，應(yīng)適應(yīng)于環(huán)境溫度及工況要求。
6. 防靜電、防火
用于易燃介質(zhì)的閥門應(yīng)設(shè)計成防靜電結(jié)構(gòu)，以保證閥門的導(dǎo)電性。用于易燃蒸氣或液體的具有軟閥座或軟的關(guān)閉插入部件的閥門，在設(shè)計時應(yīng)保證閥體和閥桿具有導(dǎo)電連貫性，放電路徑最大電阻不應(yīng)超過10Ω。為了檢測防靜電性，一個新的干燥閥門至少開關(guān)5次，然后，用直流電源測試時，電阻不超過12V。
當(dāng)有防火要求時可按JB/T 6899《閥門的耐火試驗(yàn)》的規(guī)定。
7. 低溫閥門的布置
低溫閥門在安裝時閥桿方向必須在垂直向上的45°角范圍內(nèi)，且應(yīng)盡量避免安裝在垂直管線上，否則低溫介質(zhì)將充滿閥蓋的加長部分，造成閥門填料失效，并會將冷量傳給閥門手柄，給操作人員帶來人身傷害。對于有泄壓結(jié)構(gòu)的低溫閥門，在安裝閥門時，要特別注意閥門泄壓方向的要求。閥門泄壓的方向應(yīng)在工藝流程圖和配管圖上標(biāo)出。
三、工程應(yīng)用
某工藝物料管道NPS12，設(shè)計溫度-150℃，設(shè)計壓力1.1MPa，閥門材料選用A351-CF8；TRIM．10-316，按API 600標(biāo)準(zhǔn)。
四、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
GB/T 24925《低溫閥門技術(shù)條件》
BS 6364《低溫閥門》
MSS SP 134《對低溫閥門及其閥體／閥蓋加長體的要求》
ISO 15848《閥門低泄漏性試驗(yàn)》
JB/T 12003《閥門低溫試驗(yàn)裝置規(guī)范》
JB/T 7248《閥門用低溫鋼鑄件技術(shù)條件》
JB/T 12621《液化天然氣閥門 技術(shù)條件》
JB/T 7749《低溫閥門技術(shù)條件》
