低溫閥是一種在低溫介質(zhì)中工作的閥門(mén)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，低溫工程制品的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，液氧、液氮以及液化石油氣等得到廣泛的應(yīng)用。尤其是液化天然氣越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。液化氨的溫度-269℃，液氫的溫度-254 ℃，液化氦的溫度-196 ℃，液氧的溫度-183 ℃，液化天然氣的溫度-162 ℃，以上物質(zhì)的液化分餾，運(yùn)輸和儲(chǔ)存都需要使用大量的低溫閥門(mén)。低溫閥門(mén)的用途越來(lái)越廣，需求越來(lái)越大，對(duì)低溫閥的技術(shù)性能和工作特性的要求也在不斷提高。
低溫閥的溫度等級(jí)：
國(guó)外根據(jù)各種不同氣體在常壓下的液化溫度一般分為六種溫度級(jí)。
一級(jí)為0~-46℃；二級(jí)為-47~-60℃；三級(jí)為-61~-70 ℃；四級(jí)為-70~-101 ℃；五級(jí)為-102~-196℃；六級(jí)為-253 ℃以下。
一般將-46~-150 ℃稱(chēng)為低溫，-150 ℃以下稱(chēng)為超低溫。
低溫閥的材料選用：
低溫閥門(mén)的一般設(shè)計(jì)要求：
低溫閥門(mén)工作條件苛刻，其工作介質(zhì)大部分為易燃、易爆、滲透性強(qiáng)的物質(zhì)，最低工作溫度可達(dá)-269℃，最高使用壓力達(dá)10MPa。因此，低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與通用閥門(mén)相比有很大的區(qū)別。一般，根據(jù)低溫閥門(mén)的使用工況，對(duì)設(shè)計(jì)工作提出以下幾點(diǎn)要求：
1)閥門(mén)及其組合件在低溫介質(zhì)及周?chē)h(huán)境溫度下應(yīng)具有長(zhǎng)時(shí)間工作的能力（一般為10年或是3500~5000次循環(huán)）；
2)閥門(mén)相對(duì)于低溫介質(zhì)，不應(yīng)成為一個(gè)顯著熱源，這是因?yàn)闊崃康牧魅霑?huì)降低熱效率，而且熱量流入過(guò)多，還可能使閥門(mén)內(nèi)部的低溫介質(zhì)汽化，產(chǎn)生異常升壓，造成危險(xiǎn)；
3)低溫介質(zhì)不應(yīng)對(duì)手輪的操作性能和填料的密封性能產(chǎn)生有害影響；
4)直接和低溫介質(zhì)接觸的閥門(mén)組合件的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)的防爆和防火要求；
5)在低溫狀態(tài)下工作的閥門(mén)組合件不能潤(rùn)滑，所以需要采取措施，防止摩擦部件被擦傷。
上述要求應(yīng)當(dāng)貫穿低溫閥門(mén)設(shè)計(jì)過(guò)程的始終，另外應(yīng)當(dāng)注意到上述要求是對(duì)低溫閥門(mén)特有的要求，在低溫閥門(mén)的設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)同時(shí)遵守相關(guān)的通用閥門(mén)的要求。
低溫閥門(mén)技術(shù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)：
在低溫閥門(mén)設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了需要考慮低溫閥門(mén)的流通能力和流道阻力等一般性要求外，還需要考慮一些其他指標(biāo)，以便更好地對(duì)低溫閥門(mén)的技術(shù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。通常通過(guò)衡量能量消耗是否合理來(lái)對(duì)低溫閥門(mén)的技術(shù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，其主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有以下幾項(xiàng)。
1.低溫閥門(mén)的絕熱性能
可以利用閥門(mén)進(jìn)入低溫介質(zhì)的熱流流量Q1與所通過(guò)的低溫介質(zhì)的質(zhì)量比來(lái)衡量低溫閥門(mén)的絕熱能力。但在介質(zhì)種類(lèi)不變，僅流速發(fā)生變化時(shí)，其值就會(huì)變化，因此用這種方法作為評(píng)價(jià)低溫閥門(mén)絕熱能力的指標(biāo)顯然是不合適的?？梢圆捎弥笜?biāo)KT作統(tǒng)一比較。
式中：P--單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入低溫介質(zhì)的熱量，W，P=Q1/T；
αT-比例系數(shù)，考慮到低溫閥門(mén)一般在液氮中進(jìn)行試驗(yàn)，故取αT=0.0216；
ΔT-周?chē)h(huán)境溫度（20℃）與低溫介質(zhì)溫度之間的差值，℃；
DN-閥門(mén)的公稱(chēng)通徑，m。
KT值對(duì)于同一種介質(zhì)近似常數(shù)，只和閥門(mén)本身性質(zhì)有關(guān)。
2.低溫閥門(mén)的冷卻性能
低溫閥門(mén)的冷卻性能是指低溫閥門(mén)從常溫冷卻到工作溫度的能力。這一性能可以利用閥門(mén)在上述過(guò)程中所消耗的能量，即在上述過(guò)程中閥門(mén)傳給低溫介質(zhì)的熱量Q2來(lái)衡量。對(duì)于周期性工作的低溫閥門(mén)來(lái)說(shuō)冷卻性能指標(biāo)有著極其重要的意義。但僅僅用Q2來(lái)衡量低溫閥門(mén)冷卻性能是不夠的，可采用如下指標(biāo)：
3.低溫閥門(mén)啟閉密封件的工作性能
在低溫條件下，密封件的性能往往遭到破壞，為了實(shí)現(xiàn)可靠密封，必須采用合理的密封結(jié)構(gòu)或者加大密封比壓。因此，需要對(duì)密封效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
可以采用與泄漏量有關(guān)的參數(shù)來(lái)衡量低溫閥門(mén)的密封能力，即：
式中ΔV--在工作壽命期限內(nèi)氣體的平均滲漏量，m3/s。
4.低溫閥門(mén)表面不結(jié)冰的條件
低溫閥門(mén)工作時(shí)，其表面不應(yīng)結(jié)露，更不應(yīng)結(jié)冰。閥門(mén)外表面是否結(jié)冰首先取決于周?chē)諝鉁囟群土悴考砻鏈囟戎g的差值ΔT1，其次取決于空氣的露點(diǎn)溫度。事實(shí)上，在全天候條件下，徹底消除結(jié)露是很困難的。但是如果ΔT1滿(mǎn)足一定條件，結(jié)冰的可能性就會(huì)大大降低，則閥門(mén)表面不結(jié)冰的條件為ΔT1≤5℃。
表1為低溫閥門(mén)的一些技術(shù)水平指標(biāo)。可以看出隨著公稱(chēng)直徑的增大，閥門(mén)的性能有所改善。所以對(duì)Kr，Km指標(biāo)的要求應(yīng)當(dāng)根據(jù)公稱(chēng)通徑的不同而有所變化。Km的值還取決于閥門(mén)的類(lèi)型、閥門(mén)殼體的材料及其組件的結(jié)構(gòu)完善程度等要素。一般來(lái)說(shuō)，蝶閥的Km指標(biāo)最佳，但是蝶閥的低溫密封性能不是很好，因此只用來(lái)調(diào)節(jié)介質(zhì)流量；截止閥和閘閥的性能次之，且低溫密封性能較好，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用來(lái)切斷介質(zhì)。
表1 氣動(dòng)式真空絕熱低溫閥門(mén)技術(shù)水平指標(biāo)
閥體、閥蓋、閥座閥瓣(閘板)材料的選用：
這些主體零件材料的選用原則大致是：溫度高于-100℃時(shí)選用鐵素體鋼；溫度低于-100℃時(shí)選用奧氏體不銹鋼；設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)最低使用溫度選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?/p>
閥桿及緊固件的材料選用：
溫度高于-100℃時(shí)，閥桿和螺栓材料采用Ni、Cr-Mo等合金鋼，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以提高抗拉?qiáng)度和防止螺紋咬傷等。溫度低于-100℃時(shí)，采用奧氏體不銹耐酸鋼制造。但18-8耐酸鋼硬度低，會(huì)造成閥桿與填料相互摩擦，致使填料處泄露。所以，閥桿表面必須鍍鉻，或進(jìn)行氮化和鍍鎳磷處理，以提高表面硬度。還可以采用熱噴涂工藝，表面噴涂鉬、STL等耐磨、耐腐蝕合金。為防止螺母與螺栓咬死，螺母一般采用Mo鋼或Ni鋼，同時(shí)在螺紋表面涂二硫化鉬。
低溫閥墊片、填料材料的選用：
隨著溫度降低，氟塑料收縮量很大，會(huì)使密封性能下降，容易引起泄漏。石棉填料無(wú)法避免滲透泄漏。橡膠對(duì)天然氣有泡脹性，在低溫下不可采用。在低溫閥門(mén)設(shè)計(jì)中，一方面由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)保證使填料處于接近環(huán)境溫度下工作，例如：采用長(zhǎng)頸閥蓋結(jié)構(gòu)，使填料函離低溫介質(zhì)盡量遠(yuǎn)些，另一方面在選擇填料時(shí)要考慮填料的低溫特性。低溫閥門(mén)一般采用浸漬四氟乙烯的石棉填料。
柔性石墨是一種優(yōu)良的密封材料。這種材料對(duì)氣體、液體均不滲透，在厚度方向有10%~15%的彈性，較低的緊固件壓力就可以達(dá)到密封。他有自潤(rùn)滑性，用作閥門(mén)填料可以防止填料與閥門(mén)的磨損。柔性石墨填料的使用溫度范圍為-200~870℃。