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1、Q/ZF XX-2011 氧 气 阀 门 设计与研制注意事项 编制:陈正立 仅做参考，本文与标准冲突的地方，按相关标准执行共 页2011年XX月XX日发布 2011年XX月XX日实施河南航天液压气动技术有限公司 发布氧气阀门设计与研制注意事项1 序论随着工业现代化的迅速发展，高参数（高温、超低温、高压）氧气阀门的参数范围也在不断提高，氧气阀门的需求量和需求范围也在不断扩大。新工艺、新装置的不断出现，对氧气阀的要求越来越严，同时氧气阀的参数越来越高。高温、高压、高温高压氧气介质均属于易燃易爆危险品。氧气与其他介质的根本区别在于，氧气是助燃剂，氧气燃烧不需要任何其它助燃剂；特别是高温高压氧气不能遇

2、到任何一点火星。所以，防静电性能是氧气阀门稳定运行的重要保证，防静电措施包含在氧气阀门设计、生产、检验、包装运输、仓储等各个方面，其中设计方面包括流道的尺寸、形状、内表面情况，材料选择，密封面设计，阀芯、阀杆防转动结构，阀杆螺母防尘措施，阀门零部件加工，等等，特别是对高温高压氧气阀门，这些要求更为重要、更为严格，从结构设计、选材到加工都有严格要求。2 范围 本规范主要提出了在氧阀的设计过程中的选材、设计、装配、试验、清洗过程中的注意事项及所在过程中推荐选用的辅助材料。3 参考标准3.1 GB/T16912 深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程3.2 IGC Doc 13/02/E OXYG

3、EN PIPELINE SYSTEMS3.3 钢铁企业燃气设计参数资料氧气部分。4 设计原则4.1 为了保证氧气阀门的密封性和工作安全性，应尽可能消除一切产生静电的因素，设置防静电结构，具体要要求可依据BS5153相关规定。4.2确定合理的密封面宽度，需要计算出能够承受必需密封力的最小密封面宽度，同时还需要分析各种因素对密封性能的影响。4.3 根据阀门使用的环境、介质、温度、成本等，合理选择所需材质。通过合理的结构设计、选材，氧气阀门既有良好的密封性，又具有安全的防静电性能。同时又能保证产品的经济性5 设计注意事项5.1 氧气介质流束经过的流道内腔表面要光滑、流畅，退刀槽加工要倒圆角。5.2

4、阀门内部零件锐角倒钝倒圆，无棱角、尖角、无凹凸不平、无突变。5.3利用流体力学原理分析介质在流道内的流动情况，确定阀体的介质流道形状尽可能采用流线形。5.4保证介质在流动过程中没有压力凸变，没有流束的方向凸变，阀体内腔中不能有任何固形物，从而防止产生静电。5.5 应具有良好的防静电结构，接地电阻不大于10欧姆，法兰间电阻不大于0.03欧姆，具体可参照BS5351相关规定。5.6 对于电磁阀的设计，还应符合GB50058爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范相关防爆要求6 设计选材注意事项6.1 常温高压（常压）氧阀材料选用原则6.1.1金属零（部）件设计时禁止选用钛合金，如TC4等（因钛合金中的钛

5、在常温时易于氧结合，在零件表面生成致密地氧化物保护膜，而在540度左右时会与氧发生剧烈氧化反应）。6.1.3非金属零（部）件选材时，禁止选用聚酰亚胺作为密封件。6.1.4尽量避免选用含钛的不锈钢，如1Cr18Ni9Ti（321），0Cr19Ni10Ti等。6.1.5用于常温下的高压高纯度的氧气管路中专用阀门主体材质在选材时，要选不氧化，不锈蚀、含碳量尽量低，以减少氧气在高速流动进，与钢中的碳摩擦产生火花，因此常选用如下低碳级、超低碳级的不锈钢。 锻件：ASTM A182 F304，F304L，F316，F316L等；棒材：ASTM A276 S31600,S31603, S30400, S30

6、403, S34700等奥氏体钢：GB/T1220： 022Cr17Ni12Mo2（316L）, 06Cr17NI12Mo2（316）, 022Cr19Ni10（304L）, 06Cr19Ni10（304），06Cr18Ni11Nb （347）等；马氏体钢：1Cr13,2Cr13，1Cr17Ni2等，推荐选用1Cr17Ni2ASTM A276：S41000（1Cr13）,S42000（2Cr13）,S43100（1Cr17Ni2）等，推荐选用S43100沉淀硬化钢：ASTM A276 S27400（17-4PH）双向钢：ASTM A276 S31803，SAF2205铸件：ASTM A351

7、CF8，CF3，CF8M，CF3M，CF8C等，当选用不锈钢铸件时，必须要进行酸洗，以清除阀门中内腔的粘砂和氧化物等杂质。6.1.6当压力大于15Mpa时，为了提高氧气阀门，在高压纯氧中的抗阻燃效果，阀门的材质可选用安全等级更高的镍基合金。 镍基合金ASTM B164 Monel400,Monel K500，M35-1ASTM A494 CY-40 因康乃尔合金ASTM B164-A inconel600,inconel625, inconel718 哈氏合金 Hasalloy c-276 6.1.7与介质接触的弹簧可选：镍基合金：inconel625，inconel750弹簧用不锈钢丝：30

8、2（1Cr18Ni9），0Cr19Ni10,0Cr17Ni7Al,0Cr17Ni12Mo2 （摘自GB/T1239.6，P655，表2）铜及铜合金线材：GB/T21652 QSi3-1, QSn4-3, QSn6.5-0.1, QSn6.5-0.4, QSn7-0.2 （摘自GB/T1239.6，P655，表2）彼青铜线：YS/T571 Qbe2 （摘自GB/T1239.6，P655，表2）6.1.8 当压力不大于15Mpa时，承压部件可选用铜及铜合金。如铅黄铜HPb59-1,铝青铜QAL9-4， QAL10-4-1.5，黄铜H62等。6.1.9 密封件可选用：紫铜（T4-M，T3-M，T2-

9、M），软铝，PTFE（F4），PCTFE（F3），TEFLON（F46），聚四乙稀缠绕垫片，柔性石墨，柔性石墨缠绕垫片，ASTM B164-A Nickel200也可选用相关材质不锈钢（如304，316，304L，316L）制成的波纹管进行密封等。6.1.10 橡胶密封圈可选用：3160，3180，5160，8380，8360，FM-2D，VITON若无A（氟橡胶A401C），Karez（全氟橡胶）等6.1.11对于过滤器可选用：不锈钢折叠滤芯、不锈钢金属网（不锈钢推荐采用316L），聚四氟折叠滤芯，聚丙稀折叠滤芯，陶瓷滤芯等。6.1.12油脂类可选用：7805，7804，FL-10，氟素油等

10、，推荐使用7805。6.2高温高压氧阀设计原则高温高压氧气介质属于易燃易爆危险品，高温高压氧气管路和阀门属于最高要求等级的设备。我国氧气阀门的安全技术要求按国家标准GB16912-1997氧气及相关气体安全技术规程的规定，氧气阀门的设计、制造和检验按机械行业标准JB/T10530-2005氧气用截止阀的规定，该标准规定的氧气阀门参数范围是：公称直径：DN150，公称压力：PN40 ，设计温度：DT150，工作介质：纯氧气，超过这个参数范围的氧气阀门，目前国内还没有标准依据。依据我国氧气阀门专用标准JB/T10530-2005氧气用截止阀规定的参数，生产氧气阀门的参数一般是，工作压力OP2.0M

11、Pa, 工作温度OT120,而阀门选用一般原则，此时对应的设计压力DP4.0MPa, 设计温度DT150。对于高温同时高压的氧气阀门目前国内还没有设计、生产依据的标准。因此参考国外的一些文献及标准，大致给出以下设计思路：6.2.1 高温高压氧气阀门的基本结构是截止阀，普通阀门介质的流动方向是下进上出，即介质流从阀瓣下方的阀体流道进入，经过阀座后从阀瓣上方的阀体流道流出。在高温高压工作条件下，阀门的流道与普通阀门流道不同，氧气介质的流动方向是上进下出，即高温高压氧气流从阀瓣上方的阀体流道进入，经过阀座后从阀瓣下方的阀体流道流出。6.2.2 氧气介质流束经过的流道内腔表面要光滑、流畅、无棱角、尖角

12、、无凹凸不平、无突变、阀门内部零件锐角倒钝倒圆，阀杆退刀槽加工要倒圆角，保证介质在流动过程中没有压力凸变，没有流束的方向凸变，阀体内腔中不能有任何固形物，从而防止产生静电。6.2.3 为了保证高温高压氧气阀门的密封性和工作安全性，应尽可能消除一切产生静电的因素。使高温高压氧气阀门既有良好的密封性，同时又具有安全的防静电性能。6.2.4 确定合理的密封面宽度，计算出能够承受必需密封力的最小密封面宽度，同时还需要分析各种因素对密封性能的影响。6.2.5 在高温高压状态下，选择抗纯氧气介质对阀门零部件的应力腐蚀和氧化腐蚀的材质。6.2.6设置防护装置，主要包括阀杆填料函部分，阀杆螺纹部分的防护，主要

13、是防止灰尘粘结在阀杆上，进而在阀杆运动过程中进入到填料涵内，进一步进入到氧气介质中而产生静电。因此防护阀杆不受灰尘污染, 防止静电火花的产生。使阀杆外露部分与大气隔离。防止灰尘通过梯形螺纹进入到阀杆下部，从而在阀杆转动过程中进入到填料涵内。6.2.7阀瓣结构宜采用球形面设计，在开启和关闭过程中，阀瓣运行到任何一个位置，都要保证阀瓣与阀体形成的流道无死角，保证介质没有突然变向流动。阀瓣上有一个防转导杆与阀体上的防转导管相配合，保证阀瓣与阀体只有轴向移动，而不能有相对旋转运动，从而保证介质流动过程中没有静电产生。6.2.8润滑与标示无论是采用锥齿轮驱动装置的，还是采用手轮驱动的，阀门的阀杆梯形螺纹

14、部分不能用润滑油，要用润滑脂润滑。要在阀门的显眼位置，标示出醒目的“禁油”标志。6.3 高温高压氧阀材料的选择6.3.1 阀体/阀杆等材料：ASTM A494 CY-40 ， Inconel600，Inconel718 ， Monel合金，（以上这些材料应用在高温高压氧气阀门中，作为氧气阀门用材的技术路线，材料的焊接、热处理等关键技术，都是高温高压氧气阀门研制过程中要解决的实际问题）。6.3.2密封圈材料：对密封圈的性能要求是密封性好，在高温高压条件下，能够抵抗氧气的腐蚀，容易密封并且不产生静电火花，可采用纯镍ASTM B164-A Nickel200。其次可选用Inconel600，Inco

15、nel718 ，Inconel750等材质制作的波纹管或膜片密封。6.3.3 弹簧材质推荐采用：Inconel750，Inconel6006.4 设计计算可参照相关设计标准或企标的相关规定进行。如GB/T150，ASME16.34等。7 氧气阀门及配件、管道的脱脂、清洗纯氧是绝对禁油的，氧化性极强。同时油脂类在纯氧条件下燃点很低，只需微弱的能量即会点燃，包括静电火花，因此氧阀及其零（部）件要禁油、脱脂。7.1 主要脱脂剂四氯化碳：适用于金属与非金属件的脱脂；有色金属禁止用四氯化碳脱脂。二氯乙烷：适用于对各种非金属管道和附件的脱脂，不宜对金属类零件脱脂。精馏乙醇：适用于金属材料脱脂，不适用于对非金属材料脱脂。丙 酮：