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什么是低温阀门？它与标准阀门有何不同？
低温氢气工厂中使用的阀门类型在其他工艺中是众所周知的，包括截止阀、球阀、闸阀以及安全阀和溢流阀。
低温阀门的设计使其可以在远低于环境温度的温度下使用。对于氢气，其最低温度通常约为 -253°C (20K)，此时氢气会变成液体。这比液氮还要低 59°，这意味着对阀门所用材料的设计有额外的要求。许多低温阀门的温度可低至液氦温度 -269°C (4K)。
低温阀门在工业环境中的主要应用是什么？
由于氢气是一种非常轻的气体，因此必须增加其密度才能处理它。液化是实现氢气长距离运输的选项之一。低温阀门用于液化过程以及价值链中的所有后续步骤。这包括液氢罐、运输拖车和船舶、出口和进口码头等应用，也包括更接近最终用户的应用，如液氢燃料卡车和飞机。
低温阀门的制造通常使用什么材料？为什么？
低温阀门通常由优质奥氏体钢制成，以承受低温并提高抗氢脆性。然而，通过确保氢阀门所用材料中镍含量恒定，可以进一步提高抗脆性。此外，必须仔细选择密封材料，通常是 PTFE、PCTFE 或相同优质钢的变体。以下是用于制造低温阀门的最常用材料。
- 不锈钢（例如 316L）：不锈钢因其良好的机械性能、耐腐蚀性以及在低温下保持强度的能力而广泛应用于低温应用。它能承受氢气的低温，并具有良好的耐用性。
- 英科乃尔：英科乃尔合金以其高温强度和抗腐蚀和抗氧化性而闻名。它们通常用于低温阀门，以应对极端条件并防止材料降解。然而，英科乃尔不太适合与氢气一起使用，因为它容易发生氢脆。
- 铝和铝合金：铝和铝合金重量轻，具有合理的强度和耐腐蚀性。它们适用于需要减轻重量的特定低温应用。
- 黄铜和青铜：这些材料通常用于需要良好机械加工性和耐腐蚀性的阀门部件。它们不会发生氢脆。然而，它们在液氮温度 -196°C 以下并不常见。
- 铜：铜及其合金具有良好的导热性和耐腐蚀性。它们可用于需要这些特性的特定低温阀门。
- PTFE（聚四氟乙烯）： PTFE 和 PCTFE 因其出色的低温性能和耐化学性而成为阀门密封件和阀座的常见选择。即使在低温下也能保持可靠的密封。
- 氟橡胶和其他弹性体：某些弹性体（如氟橡胶）可在低温下保持其柔韧性和密封性。它们用于阀门密封件和垫圈以确保防漏。
- 低温钢：一些特种钢是专门为低温应用而设计的。这些钢的配方可在极低温度下保持延展性和韧性。必须评估这些钢的氢兼容性。
- 低温合金：各种合金均专为低温条件而开发，具有低热膨胀、高强度和耐腐蚀等特性。这些合金经过量身定制，可在极寒条件下保持其性能。与低温钢一样，必须评估氢兼容性。
- 钛：钛及其合金具有良好的强度重量比、耐腐蚀性和低导热性，适合用于某些低温阀门部件。纯钛具有相对较好的抗氢性，而钛合金的抗氢性则较差。
- 尼龙和其他聚合物：一些聚合物材料可用于非金属阀门部件，如手柄或握把。然而，由于低温下的潜在脆性，它们在低温应用中的使用可能会受到限制。
低温阀门如何设计来应对与低温氢相关的极低温度？
除了选择合适的材料外，设计还必须考虑当温度降至这些极低值时不同材料的收缩。与其他低温阀门一样，手轮（或执行器）放置在细长的杆上，以确保用户不会接触极冷的部件。对于这些极低的温度，重要的是将外部流入氢系统的热流降至最低。这需要特殊的设计来减少通过阀门和管道的金属和真空绝热的传导。
低温阀门采取了哪些安全措施来防止泄漏或故障？
低温氢阀门为防止泄漏或故障而采取的安全措施与选择其他物质阀门时考虑的因素基本一致。这些因素包括材料兼容性、温度范围、压力限制和必要的流量。然而，由于低温氢带来的独特挑战，需要采取专门的设计考虑和额外的预防措施来确保安全运行。
阀门设计和材料选择：低温氢阀门经过精心设计和制造，能够承受极冷和潜在的热应力。所选材料应能够在低温条件下保持结构完整性和密封性能。
双阻断和排气 (DBB) 系统：许多低温氢阀门都采用双阻断和排气配置，通过提供双重关闭机制和中间排气阀来控制关闭之间的气体释放，从而提高了安全性。
阀座和密封材料：阀门配备针对低温优化的阀座和密封材料，确保可靠耐用的密封性能。
阀门隔热：低温阀门通常采用隔热措施，以防止冰积聚并保持稳定的工作温度，最大限度地降低结冰和运行中断的风险。
压力等级和设计：低温氢阀门设计有特定的压力等级，表明其可以安全处理的最大压力。这些等级是通过工程计算、测试和符合行业标准来确定的。阀门的材料、组件和整体结构都经过精心选择，以承受低温氢应用中遇到的压力。
低温阀门如何应对氢气的独特挑战，例如其密度低、反应性高？
与其他流体相比，氢气甚至液态氢的密度相对较低，这意味着需要更大的阀门来处理相同的质量流量。我们可以计算各种应用所需的尺寸，或者可以使用如 Valvio 等各种尺寸软件来计算所需应用的阀门尺寸。通过选择合适的阀门材料并确保管道中没有任何东西可以与氢气发生化学反应（例如安装止回阀和过滤器），可以处理高反应性。这是氢气工艺设备整体设计的一部分。
评估低温阀门的质量时，需要评估哪些关键性能特征？
低温阀门必须符合相关标准，并在现场保持耐用性和可靠性。在评估低温氢气阀门的质量时，应仔细评估几个关键性能特征，以确保在处理极冷氢气时安全可靠地运行。这些特性可以深入了解阀门是否适合其预期应用及其满足操作要求的能力。其中一些重要特性包括泄漏率、压降、流量、温度稳定性、材料兼容性、可靠性、响应时间、密封机制、驱动机制和环境影响。
低温阀门的维护和保养与标准阀门有何不同？
重要的是，空气或其他介质不能进入氢工艺设备。这对于低温氢系统来说更为重要，因为氧气和氮气会凝固，造成不安全的情况。如果您打开氢系统进行维护，则必须先用氮气和氢气吹扫，然后才能重新启动。对于安全阀，可以使用转换阀来防止这种情况，转换阀将流量从一个安全阀转移到另一个安全阀。然后可以在不停止工艺的情况下维护或更换第一个安全阀。
类似地，顶部进入阀门（如 FullX）可以进入阀门内部，而无需破坏绝缘层的真空，从而使维护成本大大降低。
是否有任何特定的法规或标准来管理低温阀门的设计和使用？
低温阀门的设计遵循与其他阀门相同的法规和标准，在极端温度下适用不同的计算和材料选择标准。针对特定应用和世界地区，存在许多处于不同准备阶段的标准。这些标准包括。
- ASME（美国机械工程师学会）标准
- ISO 标准
- 欧洲标准
- 美国国家消防协会 (NFPA)
- 压缩气体协会（CGA）
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最后更新：2023 年 9 月 5 日